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JP6686571B2 - Counter circuit, time measuring circuit and temperature sensor circuit - Google Patents
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JP6686571B2 - Counter circuit, time measuring circuit and temperature sensor circuit - Google Patents

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  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Description

本明細書で開示する技術は、カウンタ回路、時間計測回路及び温度センサ回路に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a counter circuit, a time measuring circuit, and a temperature sensor circuit.

クロック信号を利用して時間を計測する時間計測回路が知られている。このような時間計測回路は、様々な場面で必要とされている。例えば、特許文献1は、この種の時間計測回路を備える温度センサ回路を開示する。特許文献1の温度センサ回路では、時間計測回路が温度依存特性を有する遅延信号の遅延時間を計測するために用いられる。   There is known a time measuring circuit that measures time using a clock signal. Such a time measuring circuit is required in various situations. For example, Patent Document 1 discloses a temperature sensor circuit including this type of time measuring circuit. In the temperature sensor circuit of Patent Document 1, the time measuring circuit is used to measure the delay time of the delay signal having the temperature dependent characteristic.

この種の時間計測回路では、時間分解能を向上させることが望まれている。特許文献2は、相対的に低い周波数の低速クロック信号と相対的に高い周波数の高速クロック信号を利用する時間計測回路を開示する。この時間計測回路は、計測対象時間の計測を始めてからの時間が設定値に達したときに、低速クロック信号から高速クロック信号に切り換えるように構成されている。これにより、この時間計測回路は、計測対象時間の終了タイミングに近い期間において高速クロック信号を利用して計測することができるので、高い分解能で計測対象時間を計測することができる。   In this type of time measuring circuit, it is desired to improve the time resolution. Patent Document 2 discloses a time measuring circuit that uses a low-speed clock signal having a relatively low frequency and a high-speed clock signal having a relatively high frequency. The time measuring circuit is configured to switch from the low speed clock signal to the high speed clock signal when the time from the start of measuring the measurement target time reaches a set value. As a result, this time measurement circuit can perform measurement by using the high-speed clock signal in a period close to the end timing of the measurement target time, so that the measurement target time can be measured with high resolution.

特開2013−185985号公報JP, 2013-185985, A 特開平5−34474号公報JP-A-5-34474

クロック信号を利用した時間計測では、クロック数を計測するために、複数段のフリップフロップを有するカウンタ回路が利用される。このようなカウンタ回路には、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路が知られている。同期式カウンタ回路は、低速クロック信号を利用した正確な計測を得意とする。しかしながら、同期式カウンタ回路は、各ビット間の遅延が大きく、高速クロック信号を利用した場合、正確に計測することが難しいという問題がある。一方、非同期式カウンタ回路は、各ビット間の遅延が小さいので、高速クロック信号を利用した計測を得意とする。しかしながら、非同期式カウンタ回路は、各ビット間の遅延が蓄積することから、特に後段のフリップフロップにおいて正確な計測が難しいという問題がある。   In time measurement using a clock signal, a counter circuit having a plurality of stages of flip-flops is used to measure the number of clocks. As such a counter circuit, a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit are known. The synchronous counter circuit excels at accurate measurement using a low-speed clock signal. However, the synchronous counter circuit has a problem that the delay between each bit is large and it is difficult to measure accurately when a high-speed clock signal is used. On the other hand, since the asynchronous counter circuit has a small delay between bits, it is good at measurement using a high-speed clock signal. However, the asynchronous counter circuit has a problem that accurate measurement is difficult especially in the flip-flop in the subsequent stage because the delay between each bit is accumulated.

このため、低速クロック信号と高速クロック信号を利用して高精度な時間計測を実現するためには、低速クロック信号用に同期式カウンタ回路を用意し、高速クロック信号用に非同期式カウンタ回路を用意する必要がある。しかしながら、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を別個に用意すると、多くの回路資源を必要とする。   Therefore, to realize highly accurate time measurement using low-speed clock signals and high-speed clock signals, prepare a synchronous counter circuit for low-speed clock signals and an asynchronous counter circuit for high-speed clock signals. There is a need to. However, if the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit are separately prepared, many circuit resources are required.

上記では、低速クロック信号と高速クロック信号を利用した時間計測回路を例示し、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路の双方が必要となる場面を説明した。しかしながら、時間計測回路に限られず、様々な回路において同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路の双方が必要とされている。本明細書は、回路資源の増大を抑えながら、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化する技術を提供する。   In the above, the time measurement circuit using the low speed clock signal and the high speed clock signal is illustrated, and the scene where both the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit are necessary has been described. However, not only the time measuring circuit but also various circuits need both the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit. The present specification provides a technique for integrating a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit while suppressing an increase in circuit resources.

本明細書で開示するカウンタ回路の一実施形態は、複数段のフリップフロップ、複数の第1スイッチ及び複数の第2スイッチを備える。フリップフロップの種類は特に限定されず、例えば、JK型フリップフロップ、T型フリップフロップ又はD型フリップフロップであってもよい。複数の第1スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第2スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第1スイッチと複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成する。この実施形態のカウンタ回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、クロック端子と入力端子に入力する信号を切換えることができる。これにより、この実施形態のカウンタ回路は、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換えることができ、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。フリップフロップがJK型フリップフロップ又はT型フリップフロップの場合、第1スイッチは、同期式モードにおいてクロック端子にクロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいてクロック端子に前段のフリップフロップの出力が入力するように構成されている。第2スイッチは、同期式モードにおいて入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて入力端子にハイ信号が入力するように構成されている。桁上げ信号とは、下位ビットのフリップフロップの出力の全てがHiか否かを示す信号であり、全てがHiのときにHiであり、その他はLoである。この実施形態のカウンタ回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換ることができる。この実施形態のカウンタ回路は、回路資源の増大を抑えながら、JK型フリップフロップ又はT型フリップフロップを利用した同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。   One embodiment of the counter circuit disclosed in the present specification includes a plurality of stages of flip-flops, a plurality of first switches, and a plurality of second switches. The type of flip-flop is not particularly limited, and may be, for example, a JK-type flip-flop, a T-type flip-flop, or a D-type flip-flop. Each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the clock terminal. Each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the input terminal. The plurality of first switches and the plurality of second switches constitute a wiring pattern such that the flip-flops of the multiple stages become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the flip-flops of the multiple stages in the asynchronous mode are asynchronous counters. The wiring pattern is configured so that The counter circuit of this embodiment can switch the signal input to the clock terminal and the input terminal by switching the first switch and the second switch. As a result, the counter circuit of this embodiment can be switched to the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit, and the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit can be integrated. When the flip-flop is a JK-type flip-flop or a T-type flip-flop, the first switch is configured so that the clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the output of the preceding flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode. Is configured to enter. The second switch is configured so that a carry signal is input to the input terminal in the synchronous mode and a high signal is input to the input terminal in the asynchronous mode. The carry signal is a signal indicating whether or not all the outputs of the flip-flops of the lower bits are Hi, when all are Hi, it is Hi, and the others are Lo. The counter circuit of this embodiment can be switched to a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit by switching the first switch and the second switch. The counter circuit of this embodiment can integrate a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit using JK type flip-flops or T type flip-flops while suppressing an increase in circuit resources.

本明細書で開示する時間計測回路の一実施形態は、発振回路及びカウンタ回路を備える。発振回路は、相対的に低い周波数の低速クロック信号と相対的に高い周波数の高速クロック信号を生成する。カウンタ回路は、発振回路から出力される低速クロック信号又は高速クロック信号に基づいて対象時間を計測する。例えば、カウンタ回路は、パルス信号のエッジ間に対応する時間を計測してもよい。また、カウンタ回路は、対象時間の計測中に低速クロック信号と高速クロック信号を切り換えて対象時間を計測してもよい。典型的には、カウンタ回路は、低速クロック信号を利用して対象時間の計測を始め、計測中に低速クロック信号から高速クロック信号に切り換えて残りの対象時間を計測してもよい。カウンタ回路は、複数段のフリップフロップ、複数の第1スイッチ及び複数の第2スイッチを備える。フリップフロップの種類は特に限定されず、例えば、JK型フリップフロップ、T型フリップフロップ又はD型フリップフロップであってもよい。複数の第1スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第2スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第1スイッチと複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成する。この実施形態の時間計測回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換えることができるので、回路資源の増大を抑えながら、高精度に時間を計測することができる。フリップフロップがJK型フリップフロップ又はT型フリップフロップの場合、初段のフリップフロップは、同期式モードにおいてクロック端子に低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいてクロック端子に高速クロック信号が入力するように構成されている。第1スイッチは、同期式モードにおいてクロック端子に低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいてクロック端子に前段のフリップフロップの出力が入力するように構成されている。第2スイッチは、同期式モードにおいて入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて入力端子にハイ信号が入力するように構成されている。桁上げ信号とは、下位ビットのフリップフロップの出力の全てがHiか否かを示す信号であり、全てがHiのときにHiであり、その他はLoである。この実施形態の時間計測回路のカウンタ回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、JK型フリップフロップ又はT型フリップフロップを利用した同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換ることができる。この実施形態の時間計測回路のカウンタ回路は、回路資源の増大を抑えながら、JK型フリップフロップ又はT型フリップフロップを利用した同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。したがって、この実施形態の時間計測回路は、回路資源の増大を抑えながら、高精度に時間を計測することができる。   One embodiment of the time measurement circuit disclosed in the present specification includes an oscillation circuit and a counter circuit. The oscillator circuit generates a low speed clock signal having a relatively low frequency and a high speed clock signal having a relatively high frequency. The counter circuit measures the target time based on the low speed clock signal or the high speed clock signal output from the oscillation circuit. For example, the counter circuit may measure the time corresponding to the edges of the pulse signal. The counter circuit may switch the low-speed clock signal and the high-speed clock signal during measurement of the target time to measure the target time. Typically, the counter circuit may start measuring the target time using the low-speed clock signal, and may switch from the low-speed clock signal to the high-speed clock signal during the measurement to measure the remaining target time. The counter circuit includes a plurality of flip-flops, a plurality of first switches, and a plurality of second switches. The type of flip-flop is not particularly limited, and may be, for example, a JK-type flip-flop, a T-type flip-flop, or a D-type flip-flop. Each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the clock terminal. Each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the input terminal. The plurality of first switches and the plurality of second switches constitute a wiring pattern such that the flip-flops of the multiple stages become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the flip-flops of the multiple stages in the asynchronous mode are asynchronous counters. The wiring pattern is configured so that Since the time measuring circuit of this embodiment can be switched to the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit by switching the first switch and the second switch, the time can be accurately controlled while suppressing an increase in circuit resources. It can be measured. When the flip-flop is a JK-type flip-flop or a T-type flip-flop, the first-stage flip-flop is configured so that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the high-speed clock signal is input to the clock terminal in the asynchronous mode. Is configured to enter. The first switch is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the output of the preceding flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode. The second switch is configured so that a carry signal is input to the input terminal in the synchronous mode and a high signal is input to the input terminal in the asynchronous mode. The carry signal is a signal indicating whether or not all the outputs of the flip-flops of the lower bits are Hi, when all are Hi, it is Hi, and the others are Lo. The counter circuit of the time measuring circuit of this embodiment can be switched between a synchronous counter circuit and a non-synchronous counter circuit using a JK flip flop or a T flip flop by switching the first switch and the second switch. it can. The counter circuit of the time measuring circuit of this embodiment can integrate a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit using JK type flip-flops or T type flip-flops while suppressing an increase in circuit resources. Therefore, the time measuring circuit of this embodiment can measure time with high accuracy while suppressing an increase in circuit resources.

本明細書で開示する温度センサ回路の一実施形態は、発振回路、遅延回路及びカウンタ回路を備える。発振回路は、相対的に低い周波数の低速クロック信号と相対的に高い周波数の高速クロック信号を生成する。遅延回路は、遅延時間が温度依存特性を有する遅延信号を生成する。カウンタ回路は、発振回路から出力される低速クロック信号又は高速クロック信号に基づいて遅延信号の遅延時間を計測する。例えば、カウンタ回路は、遅延時間の計測中に低速クロック信号と高速クロック信号を切り換えて遅延時間を計測してもよい。典型的には、カウンタ回路は、低速クロック信号を利用して遅延時間の計測を始め、計測中に低速クロック信号から高速クロック信号に切り換えて残りの遅延時間を計測してもよい。カウンタ回路は、複数段のフリップフロップ、複数の第1スイッチ及び複数の第2スイッチを備える。フリップフロップの種類は特に限定されず、例えば、JK型フリップフロップ、T型フリップフロップ又はD型フリップフロップであってもよい。複数の第1スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第2スイッチの各々は、2段目以降の複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている。複数の第1スイッチと複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成する。この実施形態の温度センサ回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換えることができるので、回路資源の増大を抑えながら、高精度に温度を測定することができる。フリップフロップがJK型フリップフロップ又はT型フリップフロップの場合、初段のフリップフロップは、同期式モードにおいてクロック端子に低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいてクロック端子に高速クロック信号が入力するように構成されている。第1スイッチは、同期式モードにおいてクロック端子に低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいてクロック端子に前段のフリップフロップの出力が入力するように構成されている。第2スイッチは、同期式モードにおいて入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて入力端子にハイ信号が入力するように構成されている。桁上げ信号とは、下位ビットのフリップフロップの出力の全てがHiか否かを示す信号であり、全てがHiのときにHiであり、その他はLoである。この実施形態の温度センサ回路のカウンタ回路は、第1スイッチと第2スイッチを切換えることにより、JK型フリップフロップ又はT型フリップフロップを利用した同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路に切換ることができる。この実施形態の温度センサ回路のカウンタ回路は、回路増大の消費を抑えながら、JK型フリップフロップ又はT型フリップフロップを利用した同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。したがって、この実施形態の温度センサ回路は、回路資源の増大を抑えながら、高精度に温度を測定することができる。   One embodiment of the temperature sensor circuit disclosed in this specification includes an oscillation circuit, a delay circuit, and a counter circuit. The oscillator circuit generates a low speed clock signal having a relatively low frequency and a high speed clock signal having a relatively high frequency. The delay circuit generates a delay signal whose delay time has a temperature dependent characteristic. The counter circuit measures the delay time of the delay signal based on the low speed clock signal or the high speed clock signal output from the oscillation circuit. For example, the counter circuit may switch the low-speed clock signal and the high-speed clock signal while measuring the delay time to measure the delay time. Typically, the counter circuit may start measuring the delay time by using the low-speed clock signal, and switch the low-speed clock signal to the high-speed clock signal during the measurement to measure the remaining delay time. The counter circuit includes a plurality of flip-flops, a plurality of first switches, and a plurality of second switches. The type of flip-flop is not particularly limited, and may be, for example, a JK-type flip-flop, a T-type flip-flop, or a D-type flip-flop. Each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the clock terminal. Each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the flip-flops of the second and subsequent stages, and is configured to switch the signal input to the input terminal. The plurality of first switches and the plurality of second switches constitute a wiring pattern such that the flip-flops of the multiple stages become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the flip-flops of the multiple stages in the asynchronous mode are asynchronous counters. The wiring pattern is configured so that Since the temperature sensor circuit of this embodiment can be switched between the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit by switching the first switch and the second switch, the temperature can be accurately controlled while suppressing an increase in circuit resources. Can be measured. When the flip-flop is a JK-type flip-flop or a T-type flip-flop, the first-stage flip-flop is configured so that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the high-speed clock signal is input to the clock terminal in the asynchronous mode. Is configured to enter. The first switch is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the output of the preceding flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode. The second switch is configured so that a carry signal is input to the input terminal in the synchronous mode and a high signal is input to the input terminal in the asynchronous mode. The carry signal is a signal indicating whether or not all the outputs of the flip-flops of the lower bits are Hi, when all are Hi, it is Hi, and the others are Lo. The counter circuit of the temperature sensor circuit of this embodiment can be switched between a synchronous counter circuit and a non-synchronous counter circuit using a JK-type flip-flop or a T-type flip-flop by switching the first switch and the second switch. it can. The counter circuit of the temperature sensor circuit of this embodiment can integrate the synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit using the JK type flip-flop or the T type flip-flop while suppressing the consumption of circuit increase. Therefore, the temperature sensor circuit of this embodiment can measure temperature with high accuracy while suppressing an increase in circuit resources.

温度センサ回路の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of a temperature sensor circuit. 発振回路の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of an oscillation circuit. 発振回路に含まれるリングオシレータの概略を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the outline of the ring oscillator contained in an oscillation circuit. 遅延回路に含まれるインバータチェーンの概略を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the outline of the inverter chain contained in a delay circuit. リングオシレータ及びインバータチェーンを構成するCMOSインバータの回路図である。It is a circuit diagram of a CMOS inverter that constitutes a ring oscillator and an inverter chain. カウンタ回路の概略を示す回路図であり、同期式モード(A)と非同期式モード(B)で第1スイッチ及び第2スイッチが切換る様子を示す。It is a circuit diagram showing an outline of a counter circuit, and a mode that a 1st switch and a 2nd switch change in synchronous mode (A) and asynchronous mode (B) is shown. 温度センサ回路の動作の様子を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing how the temperature sensor circuit operates. 切換信号発生回路の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a switching signal generation circuit. リングオシレータを構成するブートストラップ式のCMOSインバータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a bootstrap type CMOS inverter that constitutes a ring oscillator. 変形例のカウンタ回路の概略を示す回路図であり、同期式モード(A)と非同期式モード(B)で第1スイッチ及び第2スイッチが切換る様子を示す。It is a circuit diagram which shows the outline of the counter circuit of a modification, and a mode that a 1st switch and a 2nd switch are switched by a synchronous mode (A) and an asynchronous mode (B). 変形例のカウンタ回路の概略を示す回路図であり、同期式モード(A)と非同期式モード(B)で第1スイッチ及び第2スイッチが切換る様子を示す。It is a circuit diagram which shows the outline of the counter circuit of a modification, and a mode that a 1st switch and a 2nd switch are switched by a synchronous mode (A) and an asynchronous mode (B).

図1に示されるように、温度センサ回路1は、1チップ化された集積回路であり、発振回路2、パルス発生回路4、遅延回路6、カウンタ回路8及び切換信号発生回路10を備える。   As shown in FIG. 1, the temperature sensor circuit 1 is an integrated circuit that is made into one chip, and includes an oscillation circuit 2, a pulse generation circuit 4, a delay circuit 6, a counter circuit 8 and a switching signal generation circuit 10.

発振回路2は、相対的に低い周波数の低速クロック信号CLK1と相対的に高い周波数の高速クロック信号CLK2を生成するように構成されている。これらクロック信号CLK1,CLK2は、例えばデューティー比が50%の矩形波である。パルス発生回路4は、パルス信号V1を生成するように構成されている。なお、パルス発生回路4は、発振回路2が生成するクロック信号CLK1,CLK2を利用して、パルス信号V1を生成するように構成されていてもよい。例えば、パルス発生回路4は、分周回路を利用して、低速クロック信号CLK1を低周波化してパルス信号V1を生成するように構成されていてもよい。遅延回路6は、パルス信号V1を遅延させた遅延パルス信号V2を生成するように構成されている。カウンタ回路8は、パルス信号V1と遅延パルス信号V2の時間差(遅延パルス信号V2の遅延時間に相当する)を低速クロック信号CLK1と高速クロック信号CLK2のクロック数に基づいて計測するように構成されている。後述するように、カウンタ回路8は、低速クロック信号CLK1と高速クロック信号CLK2のうちの選択されたクロック信号を用いて、パルス信号V1と遅延パルス信号V2の時間差(遅延パルス信号V2の遅延時間に相当する)を計測するように構成されている。また、カウンタ回路8は、その計測されたクロック数をデジタルの温度情報Doutとして出力するように構成されている。切換信号発生回路10は、カウンタ回路8で計測されたクロック数に基づいて切換信号S1を生成するように構成されている。   The oscillator circuit 2 is configured to generate a low speed clock signal CLK1 having a relatively low frequency and a high speed clock signal CLK2 having a relatively high frequency. These clock signals CLK1 and CLK2 are rectangular waves having a duty ratio of 50%, for example. The pulse generation circuit 4 is configured to generate the pulse signal V1. The pulse generation circuit 4 may be configured to generate the pulse signal V1 by using the clock signals CLK1 and CLK2 generated by the oscillation circuit 2. For example, the pulse generating circuit 4 may be configured to generate a pulse signal V1 by lowering the frequency of the low speed clock signal CLK1 by using a frequency dividing circuit. The delay circuit 6 is configured to generate a delayed pulse signal V2 by delaying the pulse signal V1. The counter circuit 8 is configured to measure the time difference between the pulse signal V1 and the delayed pulse signal V2 (corresponding to the delay time of the delayed pulse signal V2) based on the number of clocks of the low speed clock signal CLK1 and the high speed clock signal CLK2. There is. As will be described later, the counter circuit 8 uses the clock signal selected from the low-speed clock signal CLK1 and the high-speed clock signal CLK2 to determine the time difference between the pulse signal V1 and the delay pulse signal V2 (the delay time of the delay pulse signal V2). Equivalent). The counter circuit 8 is also configured to output the measured clock number as digital temperature information Dout. The switching signal generation circuit 10 is configured to generate the switching signal S1 based on the number of clocks measured by the counter circuit 8.

図2に示されるように、発振回路2は、低速クロック信号生成回路2A及び高速クロック信号生成回路2Bを有する。低速クロック信号生成回路2Aは、低速クロック信号CLK1を生成するように構成されている。高速クロック信号生成回路2Bは、高速クロック信号CLK2を生成するように構成されている。発振回路2は、切換信号発生回路10からの切換信号S1に基づいて、低速クロック信号生成回路2Aと高速クロック信号生成回路2Bのいずれか一方を選択してクロック信号CLK1,CLK2を出力するように構成されている。   As shown in FIG. 2, the oscillation circuit 2 has a low speed clock signal generation circuit 2A and a high speed clock signal generation circuit 2B. The low speed clock signal generation circuit 2A is configured to generate the low speed clock signal CLK1. The high speed clock signal generation circuit 2B is configured to generate the high speed clock signal CLK2. The oscillator circuit 2 selects one of the low-speed clock signal generation circuit 2A and the high-speed clock signal generation circuit 2B based on the switching signal S1 from the switching signal generation circuit 10 and outputs the clock signals CLK1 and CLK2. It is configured.

図3に示されるように、発振回路2の低速クロック信号生成回路2A及び高速クロック信号生成回路2Bの各々は、第1インバータINV1の複数個がリング状に接続されたリングオシレータで構成されている。低速クロック信号生成回路2Aと高速クロック信号生成回路2Bの各々の第1インバータINV1の段数が異なっており、これにより、発振されるクロック信号CLK1,CLK2の周波数が異なる。この例では、低速クロック信号生成回路2Aの段数が、高速クロック信号生成回路2Bの段数よりも多い。例えば、低速クロック信号生成回路2Aは、15段の第1インバータINV1を有する。高速クロック信号生成回路2Bは、3段の第1インバータINV1を有する。   As shown in FIG. 3, each of the low-speed clock signal generation circuit 2A and the high-speed clock signal generation circuit 2B of the oscillation circuit 2 is composed of a ring oscillator in which a plurality of first inverters INV1 are connected in a ring shape. . The number of stages of the first inverter INV1 of each of the low-speed clock signal generation circuit 2A and the high-speed clock signal generation circuit 2B is different, so that the frequencies of the oscillated clock signals CLK1 and CLK2 are different. In this example, the number of stages of the low-speed clock signal generation circuit 2A is larger than that of the high-speed clock signal generation circuit 2B. For example, the low-speed clock signal generation circuit 2A has 15 stages of the first inverter INV1. The high-speed clock signal generation circuit 2B has three stages of first inverters INV1.

図4に示されるように、遅延回路6は、第2インバータINV2の複数個が直列に接続されたインバータチェーンで構成されている。例えば、インバータチェーンは、50段の第2インバータINV2を有する。   As shown in FIG. 4, the delay circuit 6 is composed of an inverter chain in which a plurality of second inverters INV2 are connected in series. For example, the inverter chain has 50 stages of second inverters INV2.

図5に示されるように、リングオシレータの第1インバータINV1とインバータチェーンの第2インバータINV2はいずれも、正電源ライン(Vddライン)と負電源ライン(Vss)の間に直列に接続された第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2を有するCMOSを備える。第1トランジスタTr1は、p型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ソースがVddラインに接続されており、ドレインが第2トランジスタTr2のドレインに接続されている。第2トランジスタTr2は、n型のMOSFETであり、ドレインが第1トランジスタTr1のドレインに接続されており、ソースが負電源ラインVssに接続されている。第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2の接続点が、次段のCMOSインバータを構成するトランジスタのゲートに接続されている。   As shown in FIG. 5, the first inverter INV1 of the ring oscillator and the second inverter INV2 of the inverter chain are both connected in series between the positive power supply line (Vdd line) and the negative power supply line (Vss). A CMOS having one transistor Tr1 and a second transistor Tr2 is provided. The first transistor Tr1 is a p-type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the source is connected to the Vdd line, and the drain is connected to the drain of the second transistor Tr2. The second transistor Tr2 is an n-type MOSFET, the drain is connected to the drain of the first transistor Tr1, and the source is connected to the negative power supply line Vss. The connection point between the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 is connected to the gate of the transistor that forms the CMOS inverter of the next stage.

温度センサ回路1では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2によるチャネル長変調効果とインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2によるチャネル長変調効果が異なるように構成されていることを特徴としている。具体的には、ゲート幅を一定としたときに、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長が、インバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長よりも短く構成されている。なお、この例では、第1インバータINV1の第1トランジスタTr1のゲート長が第2インバータINV2の第1トランジスタTr1のゲート長よりも短く、さらに、第1インバータINV1の第2トランジスタTr2のゲート長が第2インバータINV2の第2トランジスタTr2のゲート長よりも短い。この例に代えて、第1インバータINV1の第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のいずれか一方のゲート長のみが短くてもよい。   In the temperature sensor circuit 1, the channel length modulation effect by the transistors Tr1 and Tr2 forming the first inverter INV1 of the ring oscillator and the channel length modulation effect by the transistors Tr1 and Tr2 forming the second inverter INV2 of the inverter chain are different from each other. It is characterized by being. Specifically, when the gate width is constant, the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 forming the first inverter INV1 of the ring oscillator are equal to the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 forming the second inverter INV2 of the inverter chain. Configured to be shorter than. In this example, the gate length of the first transistor Tr1 of the first inverter INV1 is shorter than the gate length of the first transistor Tr1 of the second inverter INV2, and the gate length of the second transistor Tr2 of the first inverter INV1 is It is shorter than the gate length of the second transistor Tr2 of the second inverter INV2. Instead of this example, only one of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 of the first inverter INV1 may have a short gate length.

通常、トランジスタTr1,Tr2は、低温よりも高温で動作電流が小さくなり、動作速度が低下する。このため、リングオシレータの第1インバータINV1では、低温よりも高温で動作速度が低下するので、発振するクロック信号CLK1,CLK2の周期が増加する(周波数が低下する)。すなわち、クロック信号CLK1,CLK2の周期は、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。また、インバータチェーンの第2インバータINV2でも、低温よりも高温で動作速度が低下するので、遅延パルス信号V2の遅延時間が増加する。すなわち、遅延パルス信号V2の遅延時間も、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。ここで、チャネル長変調効果とは、IV特性の飽和領域における電流増加量をいう。このため、チャネル長変調効果が異なるとは、IV特性の飽和領域における電流増加量が異なることをいう。本実施例では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長がインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長よりも短いので、IV特性の飽和領域における電流増加量に関しては、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2の方がインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2よりも大きい。このため、低温から高温に変化したときに、リングオシレータのトランジスタTr1,Tr2での電流変化量は相対的に小さく、インバータチェーンのトランジスタTr1,Tr2での電流変化量は相対的に大きくなる。この結果、低温から高温に変化したときに、リングオシレータの動作速度の低下量が相対的に小さく、インバータチェーンの動作速度の低下量が相対的に大きくなる。   Normally, the operating current of the transistors Tr1 and Tr2 becomes smaller at a higher temperature than at a low temperature, and the operating speed decreases. Therefore, in the first inverter INV1 of the ring oscillator, the operating speed decreases at a temperature higher than the low temperature, so that the cycle of the oscillating clock signals CLK1 and CLK2 increases (frequency decreases). That is, the cycles of the clock signals CLK1 and CLK2 have a positive temperature-dependent characteristic that increases with a substantially linear function with respect to temperature. Further, also in the second inverter INV2 of the inverter chain, the operation speed decreases at a temperature higher than the low temperature, so that the delay time of the delay pulse signal V2 increases. That is, the delay time of the delayed pulse signal V2 also has a positive temperature-dependent characteristic that increases with a substantially linear function with respect to temperature. Here, the channel length modulation effect refers to the amount of current increase in the saturation region of the IV characteristic. Therefore, that the channel length modulation effect is different means that the amount of current increase in the saturation region of the IV characteristic is different. In this embodiment, since the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 that form the first inverter INV1 of the ring oscillator are shorter than the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 that form the second inverter INV2 of the inverter chain, the saturation region of the IV characteristic is obtained. With respect to the amount of increase in current, the transistors Tr1 and Tr2 forming the first inverter INV1 of the ring oscillator are larger than the transistors Tr1 and Tr2 forming the second inverter INV2 of the inverter chain. Therefore, when the temperature changes from a low temperature to a high temperature, the amount of change in current in the transistors Tr1 and Tr2 of the ring oscillator is relatively small, and the amount of change in current in the transistors Tr1 and Tr2 of the inverter chain is relatively large. As a result, when the temperature changes from low temperature to high temperature, the decrease amount of the operating speed of the ring oscillator is relatively small, and the decrease amount of the operating speed of the inverter chain is relatively large.

温度センサ回路1では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果とインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果が異なっており、このため、本実施例では、低温から高温に変化したときに、リングオシレータの動作速度の低下量とインバータチェーンの動作速度の低下量が異なっており、リングオシレータで生成されるクロック信号CLK1,CLK2の温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延パルス信号V2の温度依存特性が異なっている。前記したように、クロック信号CLK1,CLK2の周期は、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。遅延パルス信号V2の遅延時間も、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。さらに、遅延パルス信号V2の遅延時間の温度に対する変化率(基準温度の遅延時間を「1」としたときの任意温度における遅延時間の比)がクロック信号CLK1,CLK2の周期の温度に対する変化率(基準温度の周期を「1」としたときの任意温度における周期の比)よりも大きい関係となっており、双方の温度依存特性が異なっている。   In the temperature sensor circuit 1, the channel length modulation effect of the transistors Tr1 and Tr2 forming the first inverter INV1 of the ring oscillator is different from the channel length modulation effect of the transistors Tr1 and Tr2 forming the second inverter INV2 of the inverter chain. Therefore, in the present embodiment, when the temperature changes from low temperature to high temperature, the decrease amount of the operating speed of the ring oscillator and the decrease amount of the operating speed of the inverter chain are different, and the clock signals CLK1 and CLK2 generated by the ring oscillator are different. And the temperature dependence of the delayed pulse signal V2 generated by the inverter chain are different. As described above, the cycles of the clock signals CLK1 and CLK2 have a positive temperature-dependent characteristic that increases with a substantially linear function with respect to temperature. The delay time of the delayed pulse signal V2 also has a positive temperature dependence characteristic that increases with a substantially linear function with respect to temperature. Furthermore, the rate of change of the delay time of the delay pulse signal V2 with respect to temperature (the ratio of the delay time at an arbitrary temperature when the delay time of the reference temperature is "1") is the rate of change of the cycle of the clock signals CLK1 and CLK2 with respect to temperature ( The ratio is larger than the ratio of the cycle at an arbitrary temperature when the cycle of the reference temperature is “1”), and both temperature dependence characteristics are different.

このように、リングオシレータで生成されるクロック信号CLK1,CLK2の温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延パルス信号V2の温度依存特性が相違していると、カウンタ回路8で計測されるクロック数が温度に対して変動する。温度センサ回路1では、クロック信号CLK1,CLK2の温度依存特性と遅延パルス信号V2の温度依存特性の相違を利用して温度情報Doutを得ることができる。   Thus, if the temperature dependence characteristics of the clock signals CLK1 and CLK2 generated by the ring oscillator and the temperature dependence characteristics of the delayed pulse signal V2 generated by the inverter chain are different, the number of clocks measured by the counter circuit 8 Fluctuates with temperature. In the temperature sensor circuit 1, the temperature information Dout can be obtained by utilizing the difference between the temperature dependence characteristics of the clock signals CLK1 and CLK2 and the temperature dependence characteristics of the delayed pulse signal V2.

図6に、カウンタ回路8の回路図を示す。なお、図6では、4ビットのカウンタ回路8を例示するが、ビット数はこの例に限られない。カウンタ回路8は、(A)に示される同期式モードと(B)に示される非同期式モードとを動的に切換え可能に構成されている。カウンタ回路8は、複数段のJK型フリップフロップFF、複数の第1スイッチSW1、複数の第2スイッチSW2及び複数のAND回路9を有する。第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の組合せは、2段目以降のJK型フリップフロップFFの各々に対応して設けられている。AND回路9は、3段目以降のJK型フリップフロップFFの各々に対応して設けられている。   FIG. 6 shows a circuit diagram of the counter circuit 8. Although the 4-bit counter circuit 8 is illustrated in FIG. 6, the number of bits is not limited to this example. The counter circuit 8 is configured to be capable of dynamically switching between the synchronous mode shown in (A) and the asynchronous mode shown in (B). The counter circuit 8 includes a plurality of JK flip-flops FF, a plurality of first switches SW1, a plurality of second switches SW2, and a plurality of AND circuits 9. A combination of the first switch SW1 and the second switch SW2 is provided corresponding to each of the second and subsequent JK flip-flops FF. The AND circuit 9 is provided corresponding to each of the JK type flip-flops FF in the third and subsequent stages.

初段のJK型フリップフロップFFは、そのクロック端子(CLK)にクロック信号CLK1,CLK2が入力し、その入力端子(J入力及びK入力の双方)にHiが入力し、その出力端子(Q)に次段のJK型フリップフロップFFの第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2が接続するように構成されている。さらに、初段のJK型フリップフロップFFは、同期式モード(A)においてクロック端子(CLK)に低速クロック信号CLK1が入力するように構成され、非同期式モード(B)においてクロック端子(CLK)に高速クロック信号CLK2が入力するように構成されている。2段目以降のJK型フリップフロップFFは、そのクロック端子(CLK)に第1スイッチSW1が接続し、その入力端子(J入力及びK入力の双方)に第2スイッチSW2が接続し、その出力端子(Q)に次段の第1スイッチSW1が接続するように構成されている。AND回路9は、下位ビットの出力端子(Q)の出力が全てHiのときに出力がHiとなり、その他はLoとなる桁上げ信号S2を生成するように構成されている。   In the first-stage JK flip-flop FF, clock signals CLK1 and CLK2 are input to its clock terminal (CLK), Hi is input to its input terminals (both J input and K input), and its output terminal (Q) is input. The first switch SW1 and the second switch SW2 of the JK flip-flop FF in the next stage are configured to be connected. Further, the first-stage JK flip-flop FF is configured such that the low-speed clock signal CLK1 is input to the clock terminal (CLK) in the synchronous mode (A), and the high-speed clock signal (CLK) is input to the clock terminal (CLK) in the asynchronous mode (B). The clock signal CLK2 is input. In the JK flip-flop FF of the second and subsequent stages, the first switch SW1 is connected to its clock terminal (CLK), the second switch SW2 is connected to its input terminals (both J input and K input), and its output The first switch SW1 of the next stage is connected to the terminal (Q). The AND circuit 9 is configured to generate a carry signal S2 whose output becomes Hi when the outputs of the output terminals (Q) of the lower bits are all Hi, and which otherwise becomes Lo.

第1スイッチSW1と第2スイッチSW2は、切換信号発生回路10からの切換信号S1に同期して、同期式モード(A)と非同期式モード(B)に対応して接続先を切換えるように構成されている。第1スイッチSW1は、同期式モード(A)においてJK型フリップフロップFFのクロック端子(CLK)に低速クロック信号CLK1が入力するように構成され、非同期式モード(B)においてJK型フリップフロップFFのクロック端子(CLK)に前段のJK型フリップフロップFFの出力端子(Q)の出力が入力するように構成されている。第2スイッチSW2は、同期式モード(A)においてJK型フリップフロップFFの入力端子にAND回路9の出力端子(ただし、2段目のJK型フリップフロップFFについては、前段のJK型フリップフロップFFの出力端子(Q))が接続するように構成され、非同期式モード(B)においてJK型フリップフロップFFの入力端子にHiが入力するように構成されている。このように、カウンタ回路8は、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2が切換ることにより、同期式モード(A)では同期式のカウンタ回路として動作し、非同期式モード(B)では非同期式カウンタ回路として動作することができる。   The first switch SW1 and the second switch SW2 are configured to switch connection destinations in synchronization with the switching signal S1 from the switching signal generation circuit 10 in correspondence with the synchronous mode (A) and the asynchronous mode (B). Has been done. The first switch SW1 is configured so that the low-speed clock signal CLK1 is input to the clock terminal (CLK) of the JK flip-flop FF in the synchronous mode (A), and the low speed clock signal CLK1 is input in the asynchronous mode (B). The output of the output terminal (Q) of the preceding JK type flip-flop FF is input to the clock terminal (CLK). In the synchronous mode (A), the second switch SW2 is connected to the input terminal of the JK type flip-flop FF and the output terminal of the AND circuit 9 (however, regarding the second stage JK type flip-flop FF, the preceding stage JK type flip-flop FF is used. Output terminal (Q)) is connected, and Hi is input to the input terminal of the JK flip-flop FF in the asynchronous mode (B). In this way, the counter circuit 8 operates as a synchronous counter circuit in the synchronous mode (A) by switching between the first switch SW1 and the second switch SW2, and an asynchronous counter in the asynchronous mode (B). It can operate as a circuit.

図7に、温度センサ回路1が遅延時間を計測する様子を示す。この例では、タイミングT1からタイミングT2までの時間が遅延時間に相当する。タイミングT1がパルス信号V1の立ち上がりに対応し、タイミングT2が遅延パルス信号V2の立ち上がりに対応する(図1及び図4参照)。   FIG. 7 shows how the temperature sensor circuit 1 measures the delay time. In this example, the time from timing T1 to timing T2 corresponds to the delay time. The timing T1 corresponds to the rising edge of the pulse signal V1 and the timing T2 corresponds to the rising edge of the delayed pulse signal V2 (see FIGS. 1 and 4).

温度センサ回路1は、仮計測と実計測を実行することを特徴とする。仮計測では、低速クロック信号CLK1のみを用いて遅延時間を計測することを特徴とする。実計測では、低速クロック信号CLK1と高速クロック信号CLK2を用いて遅延時間を計測することを特徴とする。実計測において、低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2に切換えるタイミングは、遅延時間の計測を始めてからの時間が設定値に達した時である。具体的には、低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2を切換えるタイミングは、遅延時間の計測を始めてからの低速クロック信号CLK1のクロック数が設定数に達した時である。この設定数は、仮計測で計測された低速クロック信号CLK1のクロック数から所定クロック数を減じて計算される。   The temperature sensor circuit 1 is characterized by executing temporary measurement and actual measurement. The temporary measurement is characterized in that the delay time is measured using only the low-speed clock signal CLK1. The actual measurement is characterized in that the delay time is measured using the low speed clock signal CLK1 and the high speed clock signal CLK2. In the actual measurement, the timing at which the low-speed clock signal CLK1 is switched to the high-speed clock signal CLK2 is when the time after the measurement of the delay time has reached the set value. Specifically, the timing at which the low-speed clock signal CLK1 is switched to the high-speed clock signal CLK2 is when the number of clocks of the low-speed clock signal CLK1 reaches the set number after the measurement of the delay time is started. This set number is calculated by subtracting a predetermined number of clocks from the number of clocks of the low speed clock signal CLK1 measured by the provisional measurement.

低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2を切換えるタイミングは、切換信号発生回路10(図1参照)によって制御される。図8に示されるように、切換信号発生回路10は、減算回路11、レジスタ13、比較回路15、計測回数記録回路17及びAND回路19を有する。   The timing of switching the low speed clock signal CLK1 from the high speed clock signal CLK2 is controlled by the switching signal generating circuit 10 (see FIG. 1). As shown in FIG. 8, the switching signal generation circuit 10 includes a subtraction circuit 11, a register 13, a comparison circuit 15, a measurement count recording circuit 17, and an AND circuit 19.

Dc1は、カウンタ回路8から出力されるデジタルのカウント値であり、仮計測で計測された低速クロック信号CLK1のクロック数に対応する。Kは、予め決められているデジタルの所定値である。所定値Kは、固定された値であってもよく、適宜変更可能な値であってもよい。減算回路11は、カウンタ値Dc1から所定値Kを減じた値(Dc1−K)を計算する。値(Dc1−K)は、実計測において、低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2に切換えるタイミングを決める設定数である。レジスタ13は、設定数(Dc1−K)を記憶する。   Dc1 is a digital count value output from the counter circuit 8 and corresponds to the number of clocks of the low-speed clock signal CLK1 measured by provisional measurement. K is a predetermined digital predetermined value. The predetermined value K may be a fixed value or a value that can be changed as appropriate. The subtraction circuit 11 calculates a value (Dc1-K) obtained by subtracting the predetermined value K from the counter value Dc1. The value (Dc1-K) is a set number that determines the timing of switching from the low speed clock signal CLK1 to the high speed clock signal CLK2 in actual measurement. The register 13 stores the set number (Dc1-K).

Dc2は、カウンタ回路8から出力されるデジタルのカウント値であり、実計測で計測される低速クロック信号CLK1のクロック数に対応する。比較回路15は、カウンタ値Dc2が設定数(Dc1−K)を上回ったときに、出力をローからハイに切り換える。計測回数記録回路17は、1ビットメモリであり、仮計測のときにローを出力し、実計測のときにハイを出力する。AND回路19は、実計測であってカウンタ値Dc2が設定数(Dc1−K)を上回ったときに、即ち、実計測において遅延時間の計測を始めてからの低速クロック信号CLK1のクロック数が設定数(Dc1−K)に達した時に切換信号S1を出力する。   Dc2 is a digital count value output from the counter circuit 8 and corresponds to the number of clocks of the low-speed clock signal CLK1 measured by actual measurement. The comparator circuit 15 switches the output from low to high when the counter value Dc2 exceeds the set number (Dc1-K). The measurement number recording circuit 17 is a 1-bit memory, and outputs low at the time of temporary measurement and outputs high at the time of actual measurement. The AND circuit 19 performs the actual measurement, and when the counter value Dc2 exceeds the set number (Dc1-K), that is, the number of clocks of the low-speed clock signal CLK1 after starting the delay time measurement in the actual measurement is the set number. When it reaches (Dc1-K), the switching signal S1 is output.

図1及び図2に示されるように、発振回路2は、切換信号S1が入力されると、スイッチの接続先を低速クロック信号生成回路2Aから高速クロック信号生成回路2Bに変更し、カウンタ回路8に提供するクロック信号を低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2に切換える。このように、切換信号発生回路10は、実計測において、低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2に切換えるタイミングを制御することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, when the switching signal S1 is input, the oscillation circuit 2 changes the connection destination of the switch from the low speed clock signal generation circuit 2A to the high speed clock signal generation circuit 2B, and the counter circuit 8 The clock signal provided to the high speed clock signal CLK1 is switched from the low speed clock signal CLK1 to the high speed clock signal CLK2. In this way, the switching signal generation circuit 10 can control the timing of switching from the low-speed clock signal CLK1 to the high-speed clock signal CLK2 in actual measurement.

図1及び図6に示されるように、カウンタ回路8は、切換信号S1が入力されると、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2の接続先を切換えることで、同期式モード(A)から非同期式モード(B)に切換ることができる。また、カウンタ回路8は、切換信号S1が入力されると、カウンタ値をリセットする。このように、カウンタ回路8は、仮計測では同期式モード(A)で動作し、実計測では同期式モード(A)と非同期式モード(B)で動作することができる。カウンタ回路8は、回路資源の増大を抑えながら、同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。例えば、4ビットの同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を別個に集積化する場合に比して、カウンタ回路8のゲート数は、約43%削減される。   As shown in FIG. 1 and FIG. 6, when the switching signal S1 is input, the counter circuit 8 switches the connection destination of the first switch SW1 and the second switch SW2, thereby changing from the synchronous mode (A) to the asynchronous mode. It is possible to switch to the expression mode (B). Further, the counter circuit 8 resets the counter value when the switching signal S1 is input. As described above, the counter circuit 8 can operate in the synchronous mode (A) in the temporary measurement and in the synchronous mode (A) and the asynchronous mode (B) in the actual measurement. The counter circuit 8 can integrate a synchronous counter circuit and an asynchronous counter circuit while suppressing an increase in circuit resources. For example, the number of gates of the counter circuit 8 is reduced by about 43% as compared with the case where the 4-bit synchronous counter circuit and the asynchronous counter circuit are separately integrated.

一般的に、同期式カウンタ回路は、各ビット間での遅延がクロック信号に対して一定であることから、リアルタイムで各ビットからカウンタ値を読み出すことができる。このため、同期式カウンタ回路は、クロック数を正確に計測することができる。一方で、同期式カウンタ回路は、各ビット間での遅延が比較的に大きいことから、クロック信号の高速化には不向きである。このため、同期式カウンタ回路には、低速クロック信号を用いるのが望ましい。   Generally, the synchronous counter circuit can read the counter value from each bit in real time because the delay between each bit is constant with respect to the clock signal. Therefore, the synchronous counter circuit can accurately measure the number of clocks. On the other hand, the synchronous counter circuit is not suitable for increasing the speed of the clock signal because the delay between bits is relatively large. Therefore, it is desirable to use a low-speed clock signal for the synchronous counter circuit.

一般的に、非同期式カウンタ回路は、フリップフロップ以外の論理ゲートがないことから、各ビット間での遅延が比較的に小さい。このため、非同期式カウンタ回路は、高速なクロック信号に対応することができる。一方で、非同期式カウンタ回路は、各ビット間での遅延が蓄積するので、リアルタイムで各ビットからカウンタ値を読み出すことが不向きである。このため、非同期式カウンタ回路には、高速クロック信号を用いるのが望ましい。   In general, an asynchronous counter circuit has a relatively small delay between bits because it has no logic gate other than a flip-flop. Therefore, the asynchronous counter circuit can handle a high-speed clock signal. On the other hand, the asynchronous counter circuit is not suitable for reading the counter value from each bit in real time because the delay between the bits accumulates. Therefore, it is desirable to use a high speed clock signal for the asynchronous counter circuit.

上記したように、カウンタ回路8は、同期式モード(A)において低速クロック信号CLK1を計測するように動作し、非同期式モード(B)において高速クロック信号CLK2を計測するように動作することができる。このため、カウンタ回路8は、同期式モード(A)を実行することで、仮計測でのカウンタ値Dc1を正確に計測することができ、さらに、実計測での設定数(Dc1−K)に達する時を正確に計測することができる。また、カウンタ回路8は、非同期式モード(B)を実行することで、実計測での設定数(Dc1−K)に達してから遅延時間が終了するタイミングT2(図7参照)までの期間を正確に計測することができる。このように、カウンタ回路8は、遅延パルス信号V2の遅延時間を正確に計測することができる。この結果、温度センサ回路1は、温度を正確に測定することができる。   As described above, the counter circuit 8 can operate to measure the low speed clock signal CLK1 in the synchronous mode (A) and can operate to measure the high speed clock signal CLK2 in the asynchronous mode (B). . Therefore, the counter circuit 8 can accurately measure the counter value Dc1 in the temporary measurement by executing the synchronous mode (A), and further, the counter value Dc1 to the set number (Dc1-K) in the actual measurement. The time to reach can be measured accurately. In addition, the counter circuit 8 executes the asynchronous mode (B) so that the period from the time when the set number (Dc1-K) in the actual measurement is reached to the timing T2 when the delay time ends (see FIG. 7). Can be measured accurately. In this way, the counter circuit 8 can accurately measure the delay time of the delayed pulse signal V2. As a result, the temperature sensor circuit 1 can accurately measure the temperature.

温度センサ回路1のカウンタ回路8は、温度情報Doutとして、設定値(Dc1−K)及び高速クロック信号CLK2によるカウンタ値を提供する。高速クロック信号CLK2によるカウンタ値は、実計測において、切換信号発生回路10の切換信号S1に同期してカウンタ回路8のカウンタ値をリセットすることで得られる。このように、温度センサ回路1は、実計測において、低速クロック信号CLK1を用いて計測されたカウント数及び高速クロック信号CLK2を用いて計測されたカウンタ数を温度情報Doutとして出力することができる。   The counter circuit 8 of the temperature sensor circuit 1 provides the set value (Dc1-K) and the counter value based on the high-speed clock signal CLK2 as the temperature information Dout. The counter value based on the high-speed clock signal CLK2 is obtained by resetting the counter value of the counter circuit 8 in synchronization with the switching signal S1 of the switching signal generation circuit 10 in actual measurement. In this way, the temperature sensor circuit 1 can output the count number measured using the low speed clock signal CLK1 and the counter number measured using the high speed clock signal CLK2 as the temperature information Dout in actual measurement.

上記の温度センサ回路1の発振回路2は、スイッチの接続先を低速クロック信号生成回路2Aから高速クロック信号生成回路2Bに変更することで、カウンタ回路8に提供するクロック信号を低速クロック信号CLK1から高速クロック信号CLK2に切換える。これに代えて、図9に示されるように、発振回路2のリングオシレータは、ブートストラップ式のCMOSインバータで構成されてもよい。   The oscillation circuit 2 of the temperature sensor circuit 1 described above changes the connection destination of the switch from the low-speed clock signal generation circuit 2A to the high-speed clock signal generation circuit 2B so that the clock signal provided to the counter circuit 8 is changed from the low-speed clock signal CLK1. Switch to the high-speed clock signal CLK2. Instead of this, as shown in FIG. 9, the ring oscillator of the oscillation circuit 2 may be configured by a bootstrap type CMOS inverter.

図9に示されるように、ブートストラップ式のCMOSインバータである第1インバータINV1は、図5の例と対比すると、複数のスイッチ回路SW11,SW12,SW13,SW14及び複数のキャパシタC1,C2を有する。スイッチ回路SW11,SW12は、第1トランジスタTr1のゲートにキャパシタC1を接続した状態と接続しない状態を切換えるように構成されている。スイッチ回路SW13,SW14は、第2トランジスタTr2のゲートにキャパシタC2を接続した状態と接続しない状態を切換えるように構成されている。   As shown in FIG. 9, the first inverter INV1 which is a bootstrap type CMOS inverter has a plurality of switch circuits SW11, SW12, SW13, SW14 and a plurality of capacitors C1, C2, as compared with the example of FIG. . The switch circuits SW11 and SW12 are configured to switch between a state in which the capacitor C1 is connected to the gate of the first transistor Tr1 and a state in which the capacitor C1 is not connected. The switch circuits SW13 and SW14 are configured to switch between a state where the capacitor C2 is connected to the gate of the second transistor Tr2 and a state where the capacitor C2 is not connected.

このブートストラップ式の第1インバータINV1では、切換信号発生回路10の切換信号S1が入力するとブートストラップが有効となり、スイッチ回路SW11,SW12が第1トランジスタTr1のゲートにキャパシタC1を接続し、スイッチ回路SW13,SW14が第2トランジスタTr2のゲートにキャパシタC2を接続する。キャパシタC1には、第1トランジスタTr1のゲート側が負となるように電荷が予め充電されており、これにより、第1トランジスタTr1は高速動作が可能となる。キャパシタC2には、第2トランジスタTr2のゲート側が正となるように電荷が予め充電されており、これにより、第2トランジスタTr2は高速動作が可能となる。   In the bootstrap type first inverter INV1, the bootstrap becomes effective when the switching signal S1 of the switching signal generating circuit 10 is input, and the switch circuits SW11 and SW12 connect the capacitor C1 to the gate of the first transistor Tr1 and switch the switch circuit. SW13 and SW14 connect the capacitor C2 to the gate of the second transistor Tr2. The capacitor C1 is precharged with electric charges so that the gate side of the first transistor Tr1 becomes negative, whereby the first transistor Tr1 can operate at high speed. The capacitor C2 is pre-charged so that the gate side of the second transistor Tr2 is positive, which allows the second transistor Tr2 to operate at high speed.

このように、温度センサ回路1の発振回路2のリングオシレータにブートストラップ式の第1インバータINV1を採用すると、図2の例のように、低速クロック信号生成回路2Aと高速クロック信号生成回路2Bを個別に用意する必要がなく、回路資源の増大を抑えることができる。また、高速クロック信号CLK2を必要なときだけ生成することができるので、消費電力を低く抑えることができる。   In this way, when the bootstrap type first inverter INV1 is adopted as the ring oscillator of the oscillation circuit 2 of the temperature sensor circuit 1, the low speed clock signal generation circuit 2A and the high speed clock signal generation circuit 2B are provided as in the example of FIG. It is not necessary to prepare them individually, and it is possible to suppress an increase in circuit resources. Moreover, since the high-speed clock signal CLK2 can be generated only when necessary, power consumption can be suppressed low.

上記のカウンタ回路8は、複数段のJK型フリップフロップFFで構成されていた。これに代えて、カウンタ回路8は、図10に示すように複数段のT型フリップフロップFFで構成されていてもよい。複数段のT型フリップフロップFFで構成されるカウンタ回路8の配線パターンは、複数段のJK型フリップフロップFFで構成される場合と同一である。また、カウンタ回路8は、図11に示すように複数段のD型フリップフロップFFで構成されていてもよい。この例では、第2スイッチSW2は、XOR回路に入力する信号を同期式モードと非同期式モードの間で切換える。これにより、第2スイッチSW2は、同期式モード(A)において桁上げ信号S2と出力Qの排他的論理和がD型フリップフロップFFの入力端子に入力するように構成され、非同期式モード(B)においてHi信号と出力Qの排他的論理和がD型フリップフロップFFの入力端子に入力するように構成されている。図10と図11のいずれのカウンタ回路8も、複数の第1スイッチSW1と複数の第2スイッチSW2を搭載するだけで、従来から知られている同期式カウンタ回路と非同期式カウンタ回路を集積化することができる。   The counter circuit 8 is composed of a plurality of JK flip-flops FF. Instead of this, the counter circuit 8 may be composed of a plurality of stages of T-type flip-flops FF as shown in FIG. The wiring pattern of the counter circuit 8 including a plurality of stages of T-type flip-flops FF is the same as that of the case including a plurality of stages of JK-type flip-flops FF. Further, the counter circuit 8 may be composed of a plurality of stages of D-type flip-flops FF as shown in FIG. In this example, the second switch SW2 switches the signal input to the XOR circuit between the synchronous mode and the asynchronous mode. As a result, the second switch SW2 is configured so that the exclusive OR of the carry signal S2 and the output Q is input to the input terminal of the D-type flip-flop FF in the synchronous mode (A), and the asynchronous mode (B ), The exclusive OR of the Hi signal and the output Q is input to the input terminal of the D-type flip-flop FF. Each of the counter circuits 8 of FIG. 10 and FIG. 11 integrates a conventionally known synchronous counter circuit and asynchronous counter circuit only by mounting a plurality of first switches SW1 and a plurality of second switches SW2. can do.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and achieving the one object among them has technical utility.

1:温度センサ回路
2:発振回路
3:分周回路
4:遅延回路
5:遅延時間計測回路
6:切換信号発生回路
CLK1:低速クロック信号
CLK2:高速クロック信号
1: Temperature sensor circuit 2: Oscillation circuit 3: Frequency divider circuit 4: Delay circuit 5: Delay time measurement circuit 6: Switching signal generation circuit CLK1: Low speed clock signal CLK2: High speed clock signal

Claims (8)

カウンタ回路であって、
複数段のフリップフロップと、
複数の第1スイッチであって、前記複数の第1スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第1スイッチと、
複数の第2スイッチであって、前記複数の第2スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第2スイッチと、を備えており、
前記複数の第1スイッチと前記複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成しており、
前記第1スイッチは、同期式モードにおいて前記クロック端子にクロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて前記クロック端子に前段の前記フリップフロップの出力が入力するように構成されており、
前記第2スイッチは、前記同期式モードにおいて前記入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、前記非同期式モードにおいて前記入力端子にハイ信号が入力するように構成されている、カウンタ回路。
A counter circuit,
Multiple stages of flip-flops,
A plurality of first switches, each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of each of the flip-flops of the second and subsequent stages, and a signal input to the clock terminal. A plurality of first switches configured to switch
A plurality of second switches, wherein each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the second and subsequent stages of the flip-flops, and a signal input to the input terminal And a plurality of second switches configured to switch between,
The plurality of first switches and the plurality of second switches configure a wiring pattern so that the plurality of stages of flip-flops become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the plurality of stages of flip-flops in the asynchronous mode. The wiring pattern is configured so that is an asynchronous counter .
The first switch is configured such that a clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and an output of the previous flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode,
The counter circuit is configured such that a carry signal is input to the input terminal in the synchronous mode and a high signal is input to the input terminal in the asynchronous mode .
前記フリップフロップが、JK型フリップフロップである、請求項1に記載のカウンタ回路。 The counter circuit according to claim 1 , wherein the flip-flop is a JK type flip-flop. 時間計測回路であって、
相対的に低い周波数の低速クロック信号と相対的に高い周波数の高速クロック信号を生成する発振回路と、
前記発振回路から出力される前記低速クロック信号又は前記高速クロック信号に基づいて対象時間を計測するカウンタ回路と、を備えており、
前記カウンタ回路は、
複数段のフリップフロップと、
複数の第1スイッチであって、前記複数の第1スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第1スイッチと、
複数の第2スイッチであって、前記複数の第2スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第2スイッチと、を備えており、
前記複数の第1スイッチと前記複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成する、時間計測回路。
A time measuring circuit,
An oscillation circuit that generates a low-speed clock signal having a relatively low frequency and a high-speed clock signal having a relatively high frequency,
A counter circuit that measures a target time based on the low-speed clock signal or the high-speed clock signal output from the oscillator circuit,
The counter circuit is
Multiple stages of flip-flops,
A plurality of first switches, each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of each of the flip-flops of the second and subsequent stages, and a signal input to the clock terminal. A plurality of first switches configured to switch
A plurality of second switches, wherein each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the second and subsequent stages of the flip-flops, and a signal input to the input terminal And a plurality of second switches configured to switch between,
The plurality of first switches and the plurality of second switches configure a wiring pattern so that the plurality of stages of flip-flops become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the plurality of stages of flip-flops in the asynchronous mode. A time measurement circuit that configures the wiring pattern so that it becomes an asynchronous counter.
初段のフリップフロップは、同期式モードにおいてクロック端子に前記低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて前記クロック端子に前記高速クロック信号が入力するように構成されており、
前記第1スイッチは、前記同期式モードにおいて前記クロック端子に前記低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて前記クロック端子に前段の前記フリップフロップの出力が入力するように構成されており、
前記第2スイッチは、前記同期式モードにおいて前記入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、前記非同期式モードにおいて前記入力端子にハイ信号が入力するように構成されている、請求項3に記載の時間計測回路。
The first-stage flip-flop is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the high-speed clock signal is input to the clock terminal in the asynchronous mode.
The first switch is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the output of the preceding flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode. Cage,
The second switch, the is configured to carry signals to the input terminals in the synchronous mode is entered, a high signal to the input terminal in the asynchronous mode is configured to input, claim 3 Time measurement circuit described in.
前記フリップフロップが、JK型フリップフロップである、請求項4に記載の時間計測回路。 The time measuring circuit according to claim 4 , wherein the flip-flop is a JK type flip-flop. 温度センサ回路であって、
相対的に低い周波数の低速クロック信号と相対的に高い周波数の高速クロック信号を生成する発振回路と、
遅延時間が温度依存特性を有する遅延信号を生成する遅延回路と、
前記発振回路から出力される前記低速クロック信号又は前記高速クロック信号に基づいて前記遅延信号の遅延時間を計測するカウンタ回路と、を備えており、
前記カウンタ回路は、
複数段のフリップフロップと、
複数の第1スイッチであって、前記複数の第1スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々のクロック端子に対応して設けられており、そのクロック端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第1スイッチと、
複数の第2スイッチであって、前記複数の第2スイッチの各々が2段目以降の前記複数段のフリップフロップの各々の入力端子に対応して設けられており、その入力端子に入力する信号を切換えるように構成されている、複数の第2スイッチと、を備えており、
前記複数の第1スイッチと前記複数の第2スイッチは、同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが同期式カウンタ回路となるように配線パターンを構成し、非同期式モードにおいて前記複数段のフリップフロップが非同期式カウンタとなるように配線パターンを構成する、温度センサ回路。
A temperature sensor circuit,
An oscillation circuit that generates a low-speed clock signal having a relatively low frequency and a high-speed clock signal having a relatively high frequency,
A delay circuit for generating a delay signal having a delay time having a temperature dependent characteristic;
A counter circuit for measuring the delay time of the delay signal based on the low-speed clock signal or the high-speed clock signal output from the oscillation circuit,
The counter circuit is
Multiple stages of flip-flops,
A plurality of first switches, each of the plurality of first switches is provided corresponding to each clock terminal of each of the flip-flops of the second and subsequent stages, and a signal input to the clock terminal. A plurality of first switches configured to switch
A plurality of second switches, wherein each of the plurality of second switches is provided corresponding to each input terminal of the second and subsequent stages of the flip-flops, and a signal input to the input terminal And a plurality of second switches configured to switch between,
The plurality of first switches and the plurality of second switches configure a wiring pattern so that the plurality of stages of flip-flops become a synchronous counter circuit in the synchronous mode, and the plurality of stages of flip-flops in the asynchronous mode. A temperature sensor circuit in which the wiring pattern is configured so that is an asynchronous counter.
初段のフリップフロップは、同期式モードにおいてクロック端子に前記低速クロック信号が入力するように構成され、非同期式モードにおいて前記クロック端子に前記高速クロック信号が入力するように構成されており、
前記第1スイッチは、前記同期式モードにおいて前記クロック端子に前記低速クロック信号が入力するように構成され、前記非同期式モードにおいて前記クロック端子に前段の前記フリップフロップの出力が入力するように構成されており、
前記第2スイッチは、前記同期式モードにおいて前記入力端子に桁上げ信号が入力するように構成され、前記非同期式モードにおいて前記入力端子にハイ信号が入力するように構成されている、請求項6に記載の温度センサ回路。
The first-stage flip-flop is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the high-speed clock signal is input to the clock terminal in the asynchronous mode.
The first switch is configured such that the low-speed clock signal is input to the clock terminal in the synchronous mode, and the output of the preceding flip-flop is input to the clock terminal in the asynchronous mode. And
The second switch, the carry signal to the input terminal In synchronous mode is configured to input a high signal to the input terminal in the asynchronous mode is configured to input, claim 6 The temperature sensor circuit according to.
前記フリップフロップが、JK型フリップフロップである、請求項7に記載の温度センサ回路。
The temperature sensor circuit according to claim 7 , wherein the flip-flop is a JK type flip-flop.
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