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JPH0484354A - Data transferring system for synchronous circuit - Google Patents

Data transferring system for synchronous circuit

Info

Publication number
JPH0484354A
JPH0484354A JP19988790A JP19988790A JPH0484354A JP H0484354 A JPH0484354 A JP H0484354A JP 19988790 A JP19988790 A JP 19988790A JP 19988790 A JP19988790 A JP 19988790A JP H0484354 A JPH0484354 A JP H0484354A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
clock
synchronous circuit
phase
sampling clock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19988790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Matsuoka
浩司 松岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP19988790A priority Critical patent/JPH0484354A/en
Publication of JPH0484354A publication Critical patent/JPH0484354A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Information Transfer Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To allow a synchronous circuit to operate with a high-frequency clock so as to improve the processing capacity of a pipeline processor by making smaller a skew which is a margin necessary for allowing the synchronous circuit to operate normally. CONSTITUTION:A sampling clock generating means 10 is constituted of a data variation detecting means 11 and phase controlling means 12 and when data inputted from a data input terminal 1 vary, the generating means 11 informs the controlling means 12 of the data variation. The controlling means 12 controls the phase of a reference clock by using a signal indicating the data variation from the generating means 11 as a reference signal and generates a sampling clock. When the sampling clock rises, the data are held by a data holding means 20. Therefore, the frequency of the clock is raised while increases in pipeline losses and hardware caused by skews are suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、クロックに同期して動作する同期回路におけ
るデータ転送方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a data transfer system in a synchronous circuit that operates in synchronization with a clock.

(従来の技術) 同期回路では、回路の動作を管制するクロックによって
、レジスタにデータが保持されるようになっている。レ
ジスタ間には保持されたデータに対して処理を行なうた
めの論理回路が設けてあり、レジスタから出力されたデ
ータはこの論理回路による処理を受け、120ツク後に
は、その処理帖果が次段のレジスタに保持されるように
なっている。ここで、レジスタはクロックの立ち上がり
時に、入力するデータを保持するものとする。回路は有
限の動作速度を持っているから、同期回路として正常に
動作させるためには、クロックの立ち上がりの時点の前
後において入力データを安定させる必要がある。クロッ
クの立ち上がりの時点以前に、どの程度の時間だけデー
タを安定させる必要があるかを規定するパラメータがセ
ットアツプタイムであり、データの保持を完璧なものと
するためにクロックの立ち上がりの時点以降に、どの程
度の時間だけデータを安定させておく必要があるかを規
定するパラメータがデータホールドタイムである。第3
図はクロックの立ち上がりとセットアツプタイムとデー
タホールドタイムとの関係を示した図である。第3図か
らも明らかなように、セットアツプタイムとデータホー
ルドタイムは、入力するデータが変動するタイミングと
タロツクの立ち上がりとの時間関係によって決まる。と
ころが、回路は物理的な大きさを持つから、すべてのレ
ジスタに対して一定のセットアツプタイムとデータホー
ルドタイムを定義することができない。
(Prior Art) In a synchronous circuit, data is held in a register using a clock that controls the operation of the circuit. A logic circuit is provided between the registers to process the data held, and the data output from the register is processed by this logic circuit, and after 120 passes, the processed result is transferred to the next stage. The data is stored in the register. Here, it is assumed that the register holds input data at the rising edge of the clock. Since the circuit has a finite operating speed, in order to operate normally as a synchronous circuit, it is necessary to stabilize the input data before and after the rising edge of the clock. Setup time is a parameter that specifies how long the data needs to be stabilized before the clock rises, and the setup time is the parameter that specifies how long the data needs to be stabilized before the clock rises. The data hold time is a parameter that defines how long data needs to be kept stable. Third
The figure shows the relationship between clock rise, set-up time, and data hold time. As is clear from FIG. 3, the set-up time and data hold time are determined by the time relationship between the timing at which the input data fluctuates and the rising edge of the tarock. However, due to the physical size of the circuit, it is not possible to define constant set-up times and data hold times for all registers.

これば、主に、信号伝搬遅延時間にばらつきがあるから
である。このばらつきを吸収するマージンとしてスキュ
ーが定義される。同期回路は次式の条件を満足するよう
に設計される。
This is mainly due to variations in signal propagation delay time. Skew is defined as a margin that absorbs this variation. The synchronous circuit is designed to satisfy the following condition.

最大遅延時間子セットアツプタイム+スキュー〈動作ク
ロック周期       ・・・(1)最小遅延時間 〉データホールドタイム+スキュー・・・(2)このス
キューは、信号伝搬遅延時間のばらつきを吸収するため
のマージンである。一般に、同期回路は、伝搬遅延時間
を均一化する設計、つまり、回路における配線長を等し
くする設計などを行なってスキューを小さく配慮がなさ
れているが、本質的にスキューをある程度以上小さくす
ることはできない。これは伝搬遅延が外的要因21例え
ば、。
Maximum delay time Child set-up time + skew <Operating clock period...(1) Minimum delay time> Data hold time + Skew...(2) This skew is a margin for absorbing variations in signal propagation delay time. It is. In general, synchronous circuits are designed to equalize the propagation delay time, that is, to make the wiring lengths in the circuit the same, in order to reduce the skew, but essentially it is impossible to reduce the skew beyond a certain level. Can not. This is because the propagation delay is caused by external factors 21, for example.

温度などに依存する成分を持っているからである。This is because it has components that depend on temperature and other factors.

(発明が解決しようとする課題) 前述したセットアツプタイムとデータホールドタイムの
和は高速に動作するデバイスを使用することによって小
さくできる。一方、スキューはレジスタの物理的な配置
に依存しており、クロックによらずほぼ一定の値を持つ
から、回路の性能を向上さるためにクロックの周波数を
高くしていくと、相対的にスキューが無視できなくなっ
てしまう。これによって、タロツクの周波数が十分低い
、つまり、スキューがクロックの周期に対して無視でき
る時には、はぼすべてを伝搬遅延のために使用すること
のできた時間が、タロツクの周波数を高めることによっ
て徐々に使用できなくなってしまい、動作効率が著しく
低下してしまうという問題が生じる。また、(2)式を
満足させるなめに、最小遅延経路の信号を遅らせる必要
が生じる。このために、信号を遅らせるためだけに論理
回路を挿入するが、これは、ハードウェア量の増加につ
ながる。同期回路の動作効率の低下の問題は1.パイプ
ライン動作回路に顕著である。ここで、セットアツプタ
イムとデータホールドタイムの和に対してスキューが十
分大きいものとすると、(1)式は簡素化でき(3)式
のようになる。論理回路は(3)式の条件を満足するよ
うに設計される。
(Problem to be Solved by the Invention) The sum of the aforementioned setup time and data hold time can be reduced by using a device that operates at high speed. On the other hand, skew depends on the physical arrangement of registers and has a nearly constant value regardless of the clock, so if you increase the clock frequency to improve circuit performance, the relative skew will increase. can no longer be ignored. This means that when the tarokk frequency is low enough, that is, when the skew is negligible with respect to the clock period, the time that could be used almost entirely for propagation delay is gradually reduced by increasing the tarokk frequency. A problem arises in that the device becomes unusable and the operating efficiency is significantly reduced. Furthermore, in order to satisfy equation (2), it is necessary to delay the signal on the minimum delay path. For this purpose, a logic circuit is inserted just to delay the signal, but this leads to an increase in the amount of hardware. The problem of decreased operating efficiency of synchronous circuits is 1. This is noticeable in pipeline operating circuits. Here, assuming that the skew is sufficiently large relative to the sum of the set-up time and the data hold time, equation (1) can be simplified to equation (3). The logic circuit is designed to satisfy the condition of equation (3).

最大遅延時開+スキューくクロック周期・・・(3)パ
イプライン並列処理は、1つの処理が完了することを待
つことなく、次の処理を開始するとによって、1つの処
理が完了すよるまでの時間は変わらないけれども、複数
の処理を1つのハードウェア内で連続して実行すること
により、処理能力を高める方式である。このパイプライ
ン並列処理の性能を向上させるなめには、処理の分割を
更に細かくし、内部で並列に実行される処理をより多く
する、つまり、処理並列度を高めれば良い。このために
はクロックの周波数をより高くする必要が生じる。これ
は、一定の時間をより細かく分割するなめである。とこ
ろが、タロツクの周波数を高めることによりスキューが
無視できなくなると、クロックの周波数が低い時には1
段に入り、パイプラインの段数を多くした時にはN8に
入るはずであった論理回路が収まりきらなくなってしま
う。
Open at maximum delay + skew clock cycle...(3) Pipeline parallel processing does not wait for one process to complete, but starts the next process, thereby reducing the time it takes for one process to complete. Although the time remains the same, this method increases processing power by executing multiple processes consecutively within one piece of hardware. In order to improve the performance of this pipeline parallel processing, it is possible to divide the processing into smaller sections and increase the number of internally executed processes in parallel, that is, to increase the degree of processing parallelism. For this purpose, it is necessary to increase the clock frequency. This is a way of dividing a certain amount of time into smaller pieces. However, by increasing the clock frequency, the skew can no longer be ignored, and when the clock frequency is low, the
When the number of pipeline stages is increased, the logic circuit that should have entered N8 cannot be accommodated.

これによって、パイプラインの段数が増加し、処理が開
始されて終了するまでの時間が長くなってしまうといっ
た問題が生じる。この問題はパイプラインを細かくした
ために生じる問題であるから、パイプラインロスと呼ば
れている。本発明は、このスキューによるパイプライン
ロスとハードウェアの増加を押さえてクロックの周波数
を高めるためのデータ転送方式である。
This causes a problem in that the number of stages in the pipeline increases and the time from the start to the end of processing becomes longer. This problem is called pipeline loss because it is caused by making the pipeline smaller. The present invention is a data transfer method for suppressing the pipeline loss and increase in hardware due to this skew and increasing the clock frequency.

(課題を解決するための手Pi) 本発明の同期回路におけるデータ転送方式は、クロック
に同期して動作する同期回路におけるデータ転送方式で
あって、入力データの変動を検出して前記入力データの
変動を示す指示信号を出力する手段と、前記指示信号で
基準クロックの位相を制御してその位相が制御された前
記基準クロックにデータホールドタイムの時間の遅延を
与えてサンプリングクロックとして出力する手段と、前
記入力データを前記サンプリングクロックでサンプルし
てそのサンプルしたデータを保持する手段とを有するこ
とを特徴とする。
(Measures Pi for Solving the Problems) A data transfer method in a synchronous circuit of the present invention is a data transfer method in a synchronous circuit that operates in synchronization with a clock, and detects fluctuations in input data to means for outputting an instruction signal indicating the fluctuation; and means for controlling the phase of a reference clock with the instruction signal and applying a delay of a data hold time to the reference clock whose phase has been controlled and outputting the resultant as a sampling clock. , and means for sampling the input data using the sampling clock and holding the sampled data.

(作用) 次に本発明の作用について図面を参照して説明する。(effect) Next, the operation of the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明の構成要素を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the constituent elements of the present invention.

10はサンプリングクロック生成手段であり、データ変
動検出手段11と位相制御手段12から構成される。2
0はデータ保持手段である。また、1はデータ入力端子
、2は基準タロツク入力端子である。
Reference numeral 10 denotes a sampling clock generating means, which is composed of a data fluctuation detecting means 11 and a phase controlling means 12. 2
0 is data holding means. Further, 1 is a data input terminal, and 2 is a reference tally clock input terminal.

ここでは、タロツクの立ち上がりでレジスタすなわちデ
ータ保持手段20にデータが保持されるものとする。ク
ロックの立ち下がりでレジスタにデータが保持されても
何ら変わりはない、データ入力端子1を介して入力する
データが変動すると、データ変動検出手段11はデータ
が変動したことを位相制御手段12に通知する0位相制
御手段12は、データ変動検出手段11からのデータの
変動を示す信号を基準信号として、基準クロック入力端
子2を介して与えられる基準クロックの位相を制御し、
サンプリングクロックを生成する。
Here, it is assumed that data is held in the register, that is, the data holding means 20, at the rising edge of the tarok. There is no difference even if the data is held in the register at the falling edge of the clock.When the data input via the data input terminal 1 fluctuates, the data fluctuation detection means 11 notifies the phase control means 12 that the data has fluctuated. The 0 phase control means 12 controls the phase of the reference clock applied via the reference clock input terminal 2, using the signal indicating data fluctuation from the data fluctuation detection means 11 as a reference signal,
Generate sampling clock.

このサンプリングクロックには、データホールドタイム
分の遅延が与えられており、基準信号の位相とサンプリ
ングクロックの位相を揃えることによって、(3)式を
満足し、伝搬遅延に最も長い時間をあてることができる
ようなデータを保持するためにi&適なタイミングで立
ち上がるタイミングクロックを生成することができる。
This sampling clock is given a delay equivalent to the data hold time, and by aligning the phase of the reference signal and the sampling clock, equation (3) can be satisfied and the longest time can be allocated to the propagation delay. It is possible to generate a timing clock that rises at an appropriate timing in order to hold such data as possible.

基準信号にサンプリングクロックの位相を揃える手段は
、位相制御(Phase  Locked  Loop
)として公知である。
The means for aligning the phase of the sampling clock with the reference signal is phase control (Phase Locked Loop).
).

(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第2図において、10はサンプリングクロック生成手
段であり、データ変動検出手段31と位相差電圧変換手
段32と電圧周波数変換手段33から構成されている。
(Example) Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a sampling clock generating means, which is composed of a data fluctuation detecting means 31, a phase difference voltage converting means 32, and a voltage frequency converting means 33.

また、20はデータ保持手段であり、1はデータ入力端
子、2は基準クロック入力端子である。30は遅延要素
である。遅延要素30はN段のゲートから構成されてい
る。データ入力端子1を介して入力するデータが変動す
ると、データ変動検出手段31は基準信号を出力して位
相差電圧変換手段32を起動する。
Further, 20 is a data holding means, 1 is a data input terminal, and 2 is a reference clock input terminal. 30 is a delay element. The delay element 30 is composed of N stages of gates. When the data input via the data input terminal 1 fluctuates, the data fluctuation detection means 31 outputs a reference signal and activates the phase difference voltage conversion means 32.

起動された位相差電圧変換手段32は時間積分を開始し
、電圧周波数変換手段33から出力されるサンプリング
クロックの立ち上がりによって積分を終了し、基準信号
とサンプリングクロックとの位相差に比例した電圧を出
力する。サンプリングクロックの立ち上がりが先行する
場合には、電圧周波数変換手段33は位相差電圧変換手
段32から出力される電圧によって発振周波数を制御し
、周波数を一時的に変化させることによって基準クロッ
クから生成するサンプリングクロックの位相を基準信号
に揃える。サンプリングクロックを出力する電圧周波数
変換手段33とデータ保持手段20との間にデータホー
ルドタイム分の遅延を与える遅延要素30が挿入されて
おり、基準信号の位相とサンプリングクロックの位相を
揃えることによって、(3)式を満足し伝!!遅延に最
も長い時間をあてることができるような、データを保持
するために最適なタイミングで立ち上がるタロツクを生
成する。
The activated phase difference voltage conversion means 32 starts time integration, finishes the integration at the rising edge of the sampling clock output from the voltage frequency conversion means 33, and outputs a voltage proportional to the phase difference between the reference signal and the sampling clock. do. When the sampling clock rises first, the voltage frequency conversion means 33 controls the oscillation frequency by the voltage output from the phase difference voltage conversion means 32, and temporarily changes the frequency to generate the sampling signal from the reference clock. Align the clock phase with the reference signal. A delay element 30 is inserted between the voltage frequency conversion means 33 that outputs the sampling clock and the data holding means 20 to provide a delay corresponding to the data hold time, and by aligning the phases of the reference signal and the sampling clock, (3) Satisfy the formula and pass it on! ! Generate a tarok that rises at the optimal timing to hold data so that the longest delay time can be used.

(発明の効果) 以上に説明した様に、本発明によれば、同期回路を正常
に動作させるために必要とするマージンであるスキュー
を小さくすることによって、同期回路を高い周波数のク
ロックで動作させることが可能となる。これによって、
同期回路から構成されるパイプライン処理装置の処理能
力を高めることができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the synchronous circuit can be operated with a high frequency clock by reducing the skew, which is the margin required for the synchronous circuit to operate normally. becomes possible. by this,
The processing capacity of a pipeline processing device composed of synchronous circuits can be increased.

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

第1図は本発明の構成要素を示す図、第2図は本発明の
同期回路におけるデータ転送方式の一実施例を示す図、
第3図はセットアツプタイムとデータホールドタイムと
クロックの立ち上がりとの時間関係を示す図である。 1・・・データ入力端子、2・・・基準タロツク入力端
子、10・・・サンプリングクロック生成子H,,IB
。 31・・・データ変動検出手段、12・・・位相制御手
段、20・・・データ保持手段、30・・・遅延要素、
32・・・位相差電圧変換手段、33・・・電圧周波数
変換手段。
FIG. 1 is a diagram showing the constituent elements of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the data transfer method in the synchronous circuit of the present invention,
FIG. 3 is a diagram showing the time relationship between set-up time, data hold time, and rising edge of the clock. 1...Data input terminal, 2...Reference tally clock input terminal, 10...Sampling clock generator H, IB
. 31... Data fluctuation detection means, 12... Phase control means, 20... Data holding means, 30... Delay element,
32... Phase difference voltage conversion means, 33... Voltage frequency conversion means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] クロックに同期して動作する同期回路におけるデータ転
送方式において、入力データの変動を検出して前記入力
データの変動を示す指示信号を出力する手段と、前記指
示信号で基準クロックの位相を制御してその位相が制御
された前記基準クロックにデータホールドタイムの時間
の遅延を与えてサンプリングクロックとして出力する手
段と、前記入力データを前記サンプリングクロックでサ
ンプルしてそのサンプルしたデータを保持する手段とを
有することを特徴とする同期回路におけるデータ転送方
式。
A data transfer method in a synchronous circuit that operates in synchronization with a clock includes means for detecting fluctuations in input data and outputting an instruction signal indicating the fluctuations in the input data, and controlling the phase of a reference clock using the instruction signal. It has means for giving a time delay of a data hold time to the reference clock whose phase is controlled and outputting it as a sampling clock, and means for sampling the input data with the sampling clock and holding the sampled data. A data transfer method in a synchronous circuit characterized by the following.
JP19988790A 1990-07-27 1990-07-27 Data transferring system for synchronous circuit Pending JPH0484354A (en)

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JP (1) JPH0484354A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0784946A (en) * 1993-09-20 1995-03-31 Hitachi Ltd Data transfer system
KR100340469B1 (en) * 1993-09-17 2002-11-27 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 Self-synchronous semiconductor integrated circuit device

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