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JPH063572B2 - Cmos集積回路 - Google Patents

Cmos集積回路

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Publication number
JPH063572B2
JPH063572B2 JP59185379A JP18537984A JPH063572B2 JP H063572 B2 JPH063572 B2 JP H063572B2 JP 59185379 A JP59185379 A JP 59185379A JP 18537984 A JP18537984 A JP 18537984A JP H063572 B2 JPH063572 B2 JP H063572B2
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JP
Japan
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circuit
data
level
data bus
signal
Prior art date
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JP59185379A
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JPS6165352A (ja
Inventor
博 横内
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/772,943 priority patent/US4701888A/en
Priority to DE8585306351T priority patent/DE3584808D1/de
Priority to KR1019850006528A priority patent/KR920009454B1/ko
Priority to EP85306351A priority patent/EP0175526B1/en
Publication of JPS6165352A publication Critical patent/JPS6165352A/ja
Publication of JPH063572B2 publication Critical patent/JPH063572B2/ja
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    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40Bus structure
    • G06F13/4063Device-to-bus coupling
    • G06F13/4068Electrical coupling
    • G06F13/4072Drivers or receivers
    • G06F13/4077Precharging or discharging
    • GPHYSICS
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    • G06F13/38Information transfer, e.g. on bus
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Microcomputers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は放電回路、特に、マイクロプロセッサおよび
マイクロコンピュータの高速化を可能にするデータバス
放電回路に関するものである。
(従来の技術) 従来、MOS型マイクロプロセッサやMOS型マイクロコンピ
ュータの様に、内部にデータバスを有するMOS回路装置
は内部レジスタに蓄積されたデータを高速度でデータバ
スに載せるために、直前にこのデータバスの全ビット線
を電源電位VDD(論理“1”)レベルの初期状態にセッ
トすることが一般に行われる。
データバスを高速度で初期化するための改良されたプリ
チャージ回路は、例えば特開昭58−186827号公
報に本願発明と同一の発明者により詳細に開示されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、電源電位レベルにあるデータバスのビッ
ト線に内部レジスタの論理“0”データを載せる場合、
ビット線の寄生容量のため、このビット線を接地電位
(論理“0”)まで低下させるまでに例えば50〜60
nsの長時間を必要とする。
従って、マイクロプロセッサICを15MHz以上のクロッ
ク信号で高速動作させることが極めて困難であった。
この解決のため、例えば30〜40組もあるレジスタの
出力駆動能力を大きくすることが考えられるが、マイク
ロプロセッサICのチップ面積が大きくなり、製造原価を
上昇させる不利益を生じる。
本発明の目的は、内部にデータバスを含むMOS回路装置
の高速動作を可能にするデータバス放電回路を提供する
ことにある。
本発明の他の目的は、チップ面積を増加させることなく
MOSトランジスタ構成によるマイクロプロセッサICの高
速動作を可能にするデータバス放電回路を提供すること
にある。
本発明の更に他の目的は、20MHz以上のクロック周波
数でマイクロプロセッサを動作させることが可能なデー
タバス放電回路を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、50n秒以下の周期を有す
る1ステートを1クロック信号で動作させることが可能
であり、且つデータバス放電回路を含むマイクロプロセ
ッサICを提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明のCMOS集積回路は複数のデータ線と、複数の
データ線に各々対応して設けられ、活性化することによ
り対応したデータ線を放電せしめる放電手段と、複数の
データ線にデータを入力するデータ入力手段と、データ
入力手段によりデータ線の電位レベルが変化するのに先
立って、複数のデータ線を充電する充電手段と、複数の
データ線の電位が充電レベルであることを検知する検知
手段と、検知手段による検知の後、データ線の電位レベ
ルの低下に応答して、対応してデータ線の放電手段を活
性化させる制御手段とを有することを特徴としている。
(実施例) −回路構成説明− 第1図は本発明によるデータバス放電回路を含む8ビッ
トのマイクロプロセッサを示している。
第1図において、マイクロプロセッサは基準クロック信
号Aを発生する水晶発振回路10、クロック信号Aおよ
びリセット信号により制御され、且つ制御タイミング信
号を発生するタイミング兼制御回路20、内部データバ
ス190に接続され、且つタイミング信号およびイネー
ブル信号に基づいて命令を解読し、内部回路を制御する
プロセッサユニット部30を含んでいる。このプロセッ
サユニット部30はALU,RAM,レジスタ類を含み、且つ
外部回路とはI/Oポート40によりインターフェースさ
れる。
更にこのマイクロプロセッサはデータバス190のデータ
を一時的に蓄積するデータレジスタ140,160と、こ
れらデータレジスタのデータをデータバス190へ伝達
するゲート回路120,180を含んでいる。
プロセッサユニット部30の書込信号G(WRITERA)およ
びクロック信号Aの反転信号CがAND論理回路130に
入力されると、データバス190のデータレジスタ14
0に蓄積される。
又、AND論理回路110にプロセッサユニット部30の
出力命令信号E(OUTRA)およびイネーブル信号Bが入力さ
れると、ゲート回路120はレジスタ140の蓄積デー
タをデータバス190へ伝達させる。プロセッサ部30
の書込信号F(WRITERB)およびクロック信号Aの反転信号
CがAND論理回路150に入力されると、データバス1
90のデータがデータレジスタ160に蓄積される。
又、AND論理回路170にプロセッサユニット30の出
力命令信号D(OUTRB)およびイネーブル信号Bが入力さ
れると、ゲート回路180はレジスタ160の蓄積デー
タをデータバス190へ伝達させる。
更に、本発明によるマイクロプロセッサはステート初期
にデータバス190の全ビット線を強制的に電源電位V
DDに充電するデータバスプリチャージ回路と、データバ
ス190に出力されたデータの内、“論理0”状態にな
るビット線を強制的に接地電位に放電させるデータバス
放電回路を含んでいる。
データバスプリチャージ回路はデータバス190の全ビッ
ト線が論理1になると“論理1”レベル信号を出力する
プリチャージ検出回路90と、クロック信号Aが入力さ
れると論理“0”レベルの制御信号Kを出力し、プリチ
ャージ検出回路90のプリチャージ検出信号Lが論理
“1”レベルになると論理“1”レベルの制御信号Kを
出力する制御信号発生回路50と、プリチャージ制御信
号Jによりデータバス190の全ビット線を電源電位V
DDに充電するプリチャージ手段80を含んでいる。
プリチャージ検出回路90は例えばNAND論理回路91と
シュミット特性を有するインバータ92から構成され
る。
制御信号発生回路50は例えばデータ型フリップフロッ
プ回路から構成される。
プリチャージ手段80は複数のP型MOSFET81から構成さ
れる。
データバス放電回路はデータバス190の各ビット線に
接続された複数のディスチャージ検出回路210を含む
ユニット200と、論理“0”レベルになろうとするビ
ット線を強制的に接地電位にする放電手段260と、制
御信号発生回路50から出力された制御信号Kの論理レ
ベルによりプリチャージ制御信号J又はイネーブル信号
Bは出力するプリチャージ信号兼イネーブル信号発生回
路280から構成される。
ディスチャージ回路210はデータバス190のビット
線が論理“0”レベルになる場合は出力信号(OUT)が論
理“1”レベルとなり、“0”レベルのリセット信号
(制御信号K)が入力されると出力信号が論理“0”と
なる。このディスチャージ回路210はビット線の論理
“0”を検出すると“1”レベルの検出信号Wを出漁す
る検出回路220と、所定巾(例えば5n秒)以上の検出
信号Zのみを出力するフィルタ回路230と検出信号Z
が“0”レベルの場合“1”レベルのディスチャージ制
御信号を出力し、“0”レベルのリセット信号が入力さ
れると論理“0”レベルのディスチャージ制御信号を出
力する信号保持回路250から構成される。
検出回路220は、例えば、シュミット特性を有するイ
ンバータから構成される。
フィルタ回路230は、例えば、インバータ231,2
32とAND論理回路233と、NAND論理回路234から
構成される。
信号保持回路250は、例えば、RS型フリップフロップ
回路から構成される。
プリチャージ信号/イネーブル信号発生回路280は、
“0”レベルの出力信号Kと“0”レベルの遅延された
イネーブル信号Hが入力されると、プリチャージ手段8
0のP型MOSFET81をオン動作させる“0”レベルのプリ
チャージ制御信号Jを出力するプリチャージ制御信号発
生回路70と、“1”レベルのプリチャージ制御信号J
と“1”レベルの制御信号Kにより、データバス190
にレジスタの内容を出力させるイネーブル信号Bを出力
するイネーブル信号発生回路60と、イネーブル信号B
を遅延させて、データバスプリチャージ動作とデータバ
ス放電動作が同時に発生するのを禁止する遅延回路10
0から構成される。
プリチャージ制御信号発生回路70は例えばNOR論理回
路71とインバータ72から構成される。
イネーブル信号発生回路60は例えばAND論理回路61
とバッファ回路62から構成される。
遅延回路100は、例えば、インバータ101,10
2,103,104から構成される。
−回路動作説明− 次に第2図のタイミング図を参照して本発明によるデー
タバス放電回路の動作を説明する。
今、水晶発振回路10は例えば周波数20MHz、周期5
0nsの基準クロック信号Aを出力し、1クロックで1ス
テートを構成するものと仮定する。
又8ビットデータ10101100(ACH)がデータバス
190に出力されており且つレジスタB160にはデー
タ00001111(OFH)が蓄積されているものと仮定
する。
更にレジスタ出力制御信号E(OUTRA)が“1”レベルに
あり、レジスタ書込み信号F(WRITERB)が“1”レベル
にあるものと仮定する。
更にレジスタA140には8ビットデータ110010
10(CAH)が蓄積されているものと仮定する。
−データバスプリチャージング動作− まずステートS1において、クロック信号Aが“0”か
ら“1”レベルに変化すると、制御信号発生回路50の
制御信号Kが“1”から“0”レベルに変化し、且つイ
ネーブル信号発生回路60のイネーブル信号Bが“0”
レベルになる(第2図,,参照)。
制御信号Kが“0”レベルになると、“0”データ検出
回路200のリセット信号が“0”レベルになるので、
全ディスチャージ信号発生回路210内の“0”RSフリ
ップフロップはリセットされ出力信号(OUT0〜7)が
全て“0”レベルになる(第2図参照)。
同時に、“0”レベルの制御信号Kは“0”AND論理回
路61に入力され、イネーブル信号Bが“0”レベルと
なり、ゲート回路120,180がマイクロプロセッサ
は出力動作を停止する(第2図参照)。
又、“0”レベルの制御信号Kは遅延回路100によ
り、例えば、10ns遅延されて、NOR論理回路71に入
力され、入力信号KとHが共に“0”レベルになると、
“0”レベルのプリチャージ制御信号Jを出力する(第
2図参照)。
これにより、プリチャージ手段80の全P型MOSFET81
がオン動作し、データバス190の全ビット線が例えば
5Vの電源電位VDD(論理“1”)に強制的に急速充電
される(第2図の 参照)。
この間“0”データ検出回路200のディスチャージ制
御信号発生回路210の出力信号OUT0〜7は全て
“0”レベル状態にある。
次に、データバス190の全ビット線が論理“1”レベ
ルになると、プリチャージ検出回路90の出力信号Lは
“0”から“1”レベルに変化し、フリップフロップ回
路50の出力信号Kは“0”から“1”レベルにリセッ
トされる(第2図,, 参照)。
これにより、制御信号発生回路70の出力信号Jが
“0”から“1”レベルに変化し、P型MOSFET81がオ
フ状態となり、プリチャージ動作が終了する(第2図
参照)。
−データバスディスチャージング動作− プリチャージ動作が終了すると、制御信号発生回路50
の出力信号Kと、プリチャージ制御信号発生回路70の
出力信号Jが共に“1”レベルになるので、イネーブル
信号発生回路60のイネーブル信号Bは“0”から
“1”レベルになる(第2図参照)。
AND論理回路110がゲート回路120を開きレジスタ
A140に内蔵されたデータ11001010(CAH)
がデータバス109に転送される。
“0”データを出力されたデータバス190のビット線
の電位は電源電位VDD(論理“1”)から低下し始める
(第2図 参照)。
ビット線の電位低下は“0”データ検出回路200により
検出され、ビット線が所定電位(例えば4V)以下にな
った時点でRSフリップフロップ回路250の出力信号が
“0”から“1”レベルに変化する(第2図 , 参照)。
従って、“0”データを出力されたビット線に接続され
ているNMOSFET261がオン動作し、強制的にビット線
を接地電位に放電させる(第2図参照)。通常“1”
レベルのビット線を“0”レベルに変化させるためには
50〜60n秒必要とするが、本願発明のデータバス放
電回路の追加により約5〜10n秒に改善することが可
能である。
データバス190にレジスタA140の内容11001
010(CAH)が出力される。
−データ書込動作− 次にクロック信号Aが“1”から“0”レベルに変化す
ると、その反転信号Cが"1"レベルになる(第2図 参照)。
AND回路150の出力信号WBは“1”レベルとなり、デ
ータバス190の内容11001010(CAH)をレジ
スタB160に蓄積する。
次にステートS2においてクロック信号Aが“0”から
“1”レベルに変化すると、制御信号Kが“0”から
“1”レベルに変化すると、制御信号Kが“0”レベル
になり、ディスチャージ検出回路210のRS型フリップ
フロップ250の出力を“0”レベルにリセットさせ、
且つイネーブル信号Bを“0”レベルにする。
次にデータバスプリチャージ動作が再開される。
(発明の効果) 以上説明した様に本発明のデータバス放電回路は、レジ
スタの出力駆動能力を大きくすることなく、データバス
に対する“0”データ出力時間を高速化できる利点があ
る。
更に本発明のデータ放電回路は特に“0”CMOS技術で構
成されたマイクロプロセッサおよびマイクロコンピュー
タの高速化および低消費電力動作化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるデータバス放電回路の実施例を含
むマイクロプロセッサ回路例である。 第2図は第1図に示されるマイクロプロセッサ回路のデ
ータバス放電モードを示すタイミング図である。 10…水晶発振回路、20…タイミング兼コントロール
回路、30…処理ユニット、40…I/Oポート、50…
制御信号発生回路、80…プリチャージ手段、90…プ
リチャージ検出回路、110,180…出力ゲート回路、1
40,160…レジスタ、190…データバス、200
…ディスチャージ検出回路、260…放電手段、280
…プリチャージ信号兼イネーブル信号発生回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のデータ線と、 前記複数のデータ線に各々対応して設けられ、活性化す
    ることにより対応したデータ線を放電せしめる放電手段
    と、 前記複数のデータ線にデータを入力するデータ入力手段
    と、 前記データ入力手段によりデータ線の電位レベルが変化
    するのに先立って、該複数のデータ線を充電する充電手
    段と、 前記複数のデータ線の電位が充電レベルであることを検
    知する検知手段と、 前記検知手段による検知の後、前記データ線の電位レベ
    ルの低下に応答して、対応するデータ線の前記放電手段
    を活性化させる制御手段とを有することを特徴とするC
    MOS集積回路。
JP59185379A 1984-09-06 1984-09-06 Cmos集積回路 Expired - Lifetime JPH063572B2 (ja)

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EP (1) EP0175526B1 (ja)
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