DE3727035A1 - Taktsignalgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taktsignalgenerator und insbesondere einen Taktgenerator, bei welchem ein Nicht-Überlappen von nicht-überlappenden Taktimpusen über den gesamten Bereich eines Halbleiterschips gewährleistet werden kann.

Zur Erläuterung des Standes der Technik ist in Fig. 1 eine herkömmliche logische Schaltung für eine Ausgangsstufe eines Taktsignalgenerators gezeigt. In Fig. 1 setzt sich die logische Schaltung aus den Invertern 4, 5, 8, 9, 10 und 11 sowie aus 2-Eingangs-NOR-Gattern 6 und 7 zusammen. Die in einem Vorstufenblock des Taktsignalgenerators gebildeten 2-phasigen, nicht-überlappenden Taktimpulse P 1 und P 2 werden jeweils an die Inverter 4 und 5 angelegt und die 2-phasigen, nicht-überlappenden Taktimpulse T 1 und T 2 werden über den gesamten Chipbereich verteilt. Da sie für die Erfindung ohne Bedeutung ist, wurde die Vorstufe zur Erzeugung der Taktimpulse P 1 und P 2 in der Zeichnung weggelassen.

Als nächstes wird der Arbeitsablauf des Taktsignalgenerators beschrieben. Es wird angenommen, daß die 2-phasigen, nicht-überlappenden Taktimpulse P 1 und P 2 Wellenformen aufweisen, wie sie in Fig. 2A dargestellt sind. Falls die Taktimpulse so gesteuert werden, daß sie direkt über den gesamten Chipbereich verteilt werden, werden die Wellenformen der Taktimpulse aufgrund der Lastkapazitäten der jeweiligen Taktsignalleitungen der Taktimpulse T 1 und T 2 entsprechend Fig. 2B verformt. Demzufolge ist es notwendig, die Schaltung auf der Grundlage einer richtigen Abschätzung der Lastkapazitäten auszulegen, damit die Taktimpulse keine Zeitspanne aufweisen, in der beide Taktimpulse zur gleichen Zeit den Wert "H" annehmen (nachfolgend "überlappende Zeitspanne" genannt), selbst wenn die Wellenformen der Taktimpulse T 1 und T 2 verformt sind. Jedoch ist es zum Zeitpunkt der Entwicklung einer Schaltungsanordnung schwierig, die parasitäre Kapazität richtig einzuschätzen, und falls bei der Entwicklung eine Fehlabschätzung gemacht wird, entsteht eine überlappende Zeitspanne, wie in Fig. 2C dargestellt. Um einen solchen Fehler bei der Entwicklung zu vermeiden, wird die Schaltung gemäß Fig. 1 so gestaltet, daß die Taktimpulse T 1 und T 2 durch die 2-Eingangs-NOR-Gatter 6 und 7 und die Leitungen 12 und 13 kreuzweise gekuppelt werden, so daß vermieden wird, daß der Taktimpuls T 2 den Wert "H" annimmt, wenn der Taktimpuls T 1 auf "H" ist, und daß der Taktimpuls T 1 den Wert "H" annimmt, wenn der Taktimpuls T 2 auf "H" ist. Demzufolge tritt in der Anordnung gemäß Fig. 1 keine überlappende Zeitspanne auf, wie in Fig. 2D dargestellt ist.

Im Taktsignalgenerator gemäß Fig. 1 ergibt sich jedoch das Problem, daß die mit den Taktsignalleitungen der Taktimpulse T 1 und T 2 in Verbindung stehende Last nicht immer ausschließlich kapazitiv ist, sondern im allgemeinen eine Widerstandskomponente (Komponente eines Ohmschen Widerstandes) besitzt, so daß die Art der Verformung der Wellenformen der Taktimpulse zwischen einer Stelle, an der die Taktimpulse erzeugt werden, und einer anderen Stelle, die von der ersten weit entfernt ist, unterschiedlich ist. Daher kann bei der Anordnung nach Fig. 1 das Nicht-Überlappen nicht immer im gesamten Chipbereich gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem zu lösen.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Taktsignalgenerator zu schaffen, der das Nicht-Überlappen im gesamten Chipbereich gewährleistet.

Zur Lösung der gestellten Aufgaben enthält erfindungsgemäß der Taktsignalgenerator zur Erzeugung von nicht-überlapppenden mehrphasigen Taktsignalen, die keine sich überlappende Zeitspanne aufweisen, in welcher die Taktimpulse zur gleichen Zeit einen hohen Pegel haben, für jeden der mehrphasigen Taktimpulse eine Taktsignalerzeugungs-Steuervorrichtung, so daß ein Signal auf einem Taktsignalpfad, auf dem unter den Signalpfaden einer Phase die größte Verzögerung verursacht wird, dazu verwendet wird, die Erzeugung eines Taktsignals in den anderen Phasen zu verhindern.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Schaltschema einer herkömmlichen logischen Schaltung einer Ausgangsstufe eines Taktsignalgenerators,

Fig. 2A bis 2D Diagramme zur Darstellung der Wellenformen der Taktimpulse,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Taktsignalgenerators, und

Fig. 4A und 4B Darstellungen eines Taktnetzwerkes und einer äquivalenten Schaltung (Ersatzschaltbild) für das Taktnetzwerk.

Anhand der Zeichnungen wird eine Ausführungsform der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Fig. 3 zeigt diese Ausführungsform. In Fig. 3 setzt sich der Taktsignalgenerator aus den Ausgangsstufen 101 und 102 (d. h. Steuereinheiten zur Taktsignalgenerierung, die nachfolgend als "Treibereinheiten" bezeichnet werden) und einer von den Taktimpulsen T 1 und T 2 gesteuerten logischen Schaltung 103 zusammen.

Ein Taktimpuls P 1, der in einer Vorstufe des Taktsignalgenerators gebildet und an die Treibereinheit 101 angelegt wird, wird nach Durchlaufen der Treibereinheit 101 an die logische Schaltung 103 übertragen. Die Taktsignalleitung für den Taktimpuls T 1 hat eine Last, die nicht vollständig kapazitiv ist, sondern eine Widerstandskomponente (Komponente eines Ohmschen Widerstandes) besitzt. Demzufolge wird die Wellenform des Taktimpulses T 1′ an einem Punkt 105 mehr verformt als die Wellenform des Taktimpulses T 1 an einem Punkt 104. Dementsprechend wird der am Punkt 105 herausgeführte Taktimpuls T 1′ an das NOR-Gatter 7 der Treibereinheit 102 angelegt, so daß das Nicht-Überlappen zwischen den Taktimpulsen T 2 und T 1′ an den jeweiligen Punkten 105 und 106 sichergestellt werden kann. Ahnlich hierzu kann das Nicht-Überlappen zwischen den Taktimpulsen Tl und T2′ an den jeweiligen Punkten 104 und 107 gewährleistet werden.

Im allgemeinen werden die Taktsignalleitungen in Form eines Netzwerkes über den gesamten Chipbereich gebildet. Als ein einfaches Beispiel wird nun angenommen, daß Signalleitungen 1, 2 und 3, wie in Fig. 4A dargestellt, vorgesehen sind. Die Schaltung von Fig. 4A kann äquivalent (als Ersatzschaltbild) entsprechend der Darstellung in Fig. 4B zum Ausdruck gebracht werden. Die jeweiligen Verzögerungen von der Quelle des Taktimpulses T 1 betragen R 1-C 1, R 2-C 2 und R 3-C 3 an den Punkten 1, 2 und 3 in Fig. 4B. Auf diese Weise sind die Zustände der Signalausbreitung an den jeweiligen Endpunkten des Taktsignalleitungsnetzwerkes voneinander verschieden, je nach dem Weg der Signalausbreitung. Je größer die Verzögerung der Übertragung an einem Punkt ist, desto mehr wird auch die Wellenform an diesem Punkt verformt.

Dementsprechend sei nun angenommen, daß die Schaltung gemäß Fig. 3 so gestaltet ist, daß die Verzögerung der Signalausbreitung unter allen Endpunkten des Signalleitungsnetzwerkes für den Taktimpuls T 1 am Punkt 105 und unter allen Endpunkten des Signalleitungsnetzwerkes für den Taktimpuls T 2 am Punkt 107 am größten ist. Dann kann das Nicht-Überlappen zwischen den bis zum Äußersten verformten Taktimpulsen T 1′ und T 2′ gewährleistet werden. Dadurch kann das Nicht-Überlappen unter den Sperrimpulsen über den gesamten Chipbereich sichergestellt werden.

Obgleich die obige Ausführungsform den Fall eines 2-phasigen Taktimpulses darstellt, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern auch auf 3-phasige und 4-phasige nicht-überlappende Taktimpulse mit gleichen Wirkungen anwendbar, falls der Taktsignalgenerator auf der Grundlage der gleichen Überlegungen aufgebaut ist.

Die Treibereinheiten 101 und 102 von Fig. 3 können durch jede andere logische Schaltung ersetzt werden, solange die logischen Schaltungen zu den Treibereinheiten 101 und 102 äquivalent sind.

Obgleich die obige Ausführungsform den Fall darstellt, bei dem lediglich der Treiber in zwei Treibereinheiten aufgeteilt ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern auch auf den Fall anwendbar, wo der gesamte Taktsignalgenerator in zwei Abschnitte unterteilt ist.

Ferner können, obgleich die Taktsignal-Treibereinheiten in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, die Treibereinheiten auch an jeder anderen Stelle angeordnet werden, solange ein Taktsignal auf einem Signalpfad, auf dem die Übertragungsverzögerung von allen Signalpfaden am größten ist, in einer bestimmten Phase an den Treiber einer anderen Phase angelegt wird, um so die Erzeugung eines Taktsignals der anderen Phase zu vermeiden.

Wie oben beschrieben, hat der erfindungsgemäße Taktsignalgenerator eine solch hervorragende Wirkung, daß das Nicht-Überlappen über den gesamten Chipbereich gewährleistet werden kann, und zwar deshalb, weil der Taktsignalgenerator so gestaltet ist, daß ein Taktsignal auf einem Signalpfad, auf dem die Verzögerung der Signalübertragung unter allen Signalpfaden am größten ist, in einer bestimmten Phase dem Treiber einer anderen Phase zugeführt wird, um die Generierung eines Taktimpulses der anderen Phase zu verhindern.

Claims (3)

1. Taktsignalgenerator, gekennzeichnet durch

• a) eine Vielzahl von Taktgeneratoren, wovon jeder Taktsignale mit einer Phase erzeugt, die zur Phase der Taktsignale anderer Taktgeneratoren unterschiedlich ist, wobei die Taktsignale, die von jedem Taktgenerator aus der Vielzahl von Taktgeneratoren erzeugt werden, an eine logische Schaltung weitergegeben werden, und
• b) eine Vorrichtung zum Unterbrechen der Weitergabe der von jedem Taktgenerator aus der Vielzahl von Taktgeneratoren erzeugten Taktsignale an die logische Schaltung während einer vorbestimmten Zeitspanne, wenn die logische Schaltung von einem Taktsignal mit einer hierzu unterschiedlichen Phase betätigt worden ist.

2. Taktsignalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Unterbrechen in Verbindung mit jedem Taktgenerator aus der Vielzahl von Taktgeneratoren vorgesehen ist, wobei die Unterbrechungsvorrichtung Mittel besitzt zur Eingabe eines vorbestimmten Taktsignals, das von allen Taktsignalen eine größte Verzögerung in der Signalübertragung aufweist in jeder Phase dieser Taktsignale, die von anderen Taktgeneratoren erzeugt werden.

3. Taktsignalgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabemittel ein NOR-Gatter enthalten.