Brevet FR2657739A1 — publié le 19910802

A SÉRIALISEUR/DESERIALISEUR La présente invention oncerne le domanaine du traitement des dorées et plus particulièrment un dispositif permettant de mettr Le sous forme série des données arrivant sous forme paral- lèle, c'est-à-dire un sérialiseur, ou de me Lttrle sous forme paral- lèle des données arrivant sous forme série, c'est-à-dire un désérialiseur. La figure 1 représente de façon sc Iématique et sy lique un sérialiseur/désérialiseur pour des données en mots de 8 bits On peut voir dans oette figure des registres disposés matriciellement dont chacun est désigné par le couple ij de son numro de rangée et de son numéro de colonne Ainsi, la première rangée comprend les registres 00 à 07 et la dernière rarngée les registres 70 à 77 Dans oette figure, les flèches désignent des interrupteurs commandés, les flèches en trait plein désignant des interrupteurs fermés pendant un premier cycle de fonctionnement et les flèches en pointillés ou en grisé désignant des interrup- teurs fermés pendant un deuxième cycle de fonctionnement. Les registres de la première colorne (colonne 0) et les registres de la dernière rangée (rangée 7) sont couplés à des bornes d'entrée E O à E 7 Les registres de la première rangée ( 00 à 07) et de la dernière colonne ( 07 à 77) sont couplés à des bornes de sortie SO à 57. Une cellule élémentaire de la matrice de la figure 1 est entourée de pointillés autour du registre 54 en figure 1 et cette cellule est représentée selon un autre mode de représen- tation en figures 2 et 2 A Le registre 54 est un registre d'un bit qui comprend une entrée E et une sortie S et qui est actironné au rythme du signal d'horloge CLK du circuit L'entrée E est reliée à la cellule adjacente à gauche par un premier commutateur SW 1 actionnér par un signal Q* (complément du signal Q) et à la cellule adjacente inférieure par un second coemutateur SW 2 actionné par le signal Q La sortie S du registre 54 est reliée à la cellule adjacente de la rangée supérieure, c'est-à-dire qu'elle est reliée au registre 44 par l'intermédiaire du ommnu- tateur SW 2 associé à celui-ci et la cellule de droite de la même rangée, c'est-à-dire qu'elle est reliée au commutateur SW 1 du registre 55. Le foncitionnement du circuit de la figure 1 en séria- liseur va d'abord être expliqué On suppose qu'initialement tous les registres sont vides et que tous les commutateurs SW 1 (flèches en grisés) sont passants tandis que tous les oemiuta- teurs SW 2 sont ouverts Des mots de donnes successifs sous forme parallèle arrivent au rythme de l'horloge CLK Ces mots se dépla- cent horizontalement de registre en registre dans la matrice. Ainsi, au bout de 8 oups d'horloge, le premier mot introduit occupe les cases 07 à 77 de la dernière colonne, le deuxième mot occupe les cases 06 à 76 de l'avant-dernière colonne, et le huitième mot occupe les cases 00 à 70 de la première colonne. A ce moment, au bout de huit cycles, on inverse l'état des commutateurs SW 1 et SW 2 et on continue à actionner les registres et à introduire des mots de données au rythme de l'horloge CLK Les bits contenus dans chacune des cellules se décaleront alors verticalement Ainsi, sur les sorties SO à 57 apparaitront sous forme série les huit mots introduits dans la matrice Tandis que les premiers bits de ces mots sortent des registres de la praemière rangée (rangée supérieure), le mot de données suivant sur les entrées E O à E 7 entrera sur la dernière rangée (rangée inférieure). En répétant cette opération, c'est-à-dire en commutant les commutateurs de la matrice tous les huit coups d'horloge, on obtiendra séquentiellenent des mots série sur les entrées SO à 57 tandis que des mots sous forme parallèle sont introduits sur les entrées E O à E 7, sans aucune rupture de séquee. On notera que le sérialiseur qui vient d'être décrit fonctionne sans aucune modification ni dans sa structure ni dans son mode de cemnande en tant que désérialiseur En effet, si sur les entrées E O à E 7 arrivent huit mots série, on obtierdra sur les sorties SO à 57 ces mots mis sous forme parallèle. Un irnvénient du dispositif à structure matricielle carrée illustré en figure 1 est qu'une place importante est occupée par les connexions existant, d'une part, entre les entrées et les registres de la dernière rangée et de la première colone, d'autre part, entre les sorties et les registres de la première rangée et de la dernière colonne. En pratique, une matrice 8-8 dont la cellule élémen- taire est telle qu'illustrée en figure 2 occupera, dans une technologie CMDS dans laquelle la longueur minimale d'une grille de transistor est de 1,2 micmartres, une surface de l'ordre de 0,2 mm 2 Dans cette même technologie, on ne peut miniaturiser à 1 'extrêe les dimensions des métallisations de connexion et celles-ci occuperont une surface de l'ordre de 0,13 mm 2, qui est loin d'être rnégligeable par rapport à la surface des ompeosants actifs du dispositif. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir une structure de sérialiseur/désérialiseur à surface réduite. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un sérialiseur/désérialiseur adapté au traitement de données série sous forme de dibits successifs. Ces objets de la présente invention sont atteints en prévoyant un sérialiseur/désérialiseur de flux de données à n bits décalés au rythme d'une horloge (CLK), cmprenant: une matrice à N rangées et N colonnes de registres de 1 bit dont chacun est connecté par son entrée à un premier commu- tateur relié à la sortie du registre de la même rarngée et de la colonne de rang inférieur et à un deuxiàme commutateur coxrnecté à la sortie du registre de la même colonne et de la rangée de rang supérieur, des moyens de oemmande pour fermer alternativement tous les N coups d'horloge les premiers comnutateurs et les deuxièmes commutateurs, des bornes d'entrée reliées aux registres de la colonne de rang inférieur et de la rangée de rang supérieur, des bornes de sortie reliées aux registres de la colon- ne de rang supérieur et de la rangée de rang inférieur, dans lequel les cellules de la matrice sont disposées en triangle, les cellules étant disposées les unes par rapport aux autres selon la structure qui correspond à un repliement d'une matrioe carrée autour de sa diagonale. Selon un mode de réalisation de la présente invention les moyens de conmmande comprennent un registre à N cases rebouclé sur lui-nmême par un inverseur et actionné au rythme de l'horloge. Selon un mode de réalisation de la présente invention le sérialiseur/désérialiseur est adapté à des flux de données à 2 N bits, dans lequel les données série sont sous forme de dibits, et onmprend deux matrices, les cellules de chaque matrioe étant géométriqument disposées en triangle, et les deux structures repliées étant imbriquées, deux entrées de même rang des deux matrioes étant associées à deux bits de rang successifs d'un flux de données parallèle ou à un dibit d'un flux de dibits série. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente un sérialiseur/désérialiseur; les figures 2 et 2 A représentent un exemple de cellule d'un sérialiseur/désérialiseur; la figure 3 illustre un exemple de structure de séria- liseur/désérialiseur à repliement selon la présente invention; la figure 4 représente un mode de fourniture des signaux de oemmande pour un sérialiseur/désérialiseur selon la présente invention; les figures 5 A et 5 B illustrent le fcrctionrment d'un mode de réalisation de sérialiseur/désérialiseur dans lequel les données série sont sous forme de dibits; et la figure 6 représente un exemple de structure à paire de matrices de sérialiseur/désérialiseur repliées et imbriquées selon la présente invention. Un premier aspect de la présente invention réside dans un agereent spécifique des diverses cellules d'une matrice de sérialiseur/désrialiseur pour réduire la surface d'ensemble du circuit. Pour fournir oette réduction dimensionnelle, la pré- sente irnvention propose, au lieu de disposer les éléments selon une matrice carrée classique, de replier cette matrice par rapport à sa diagonale de la façon illustrée en figure 3 Cette figure 3 est représentée avec le même symbolisme que oelui uti- lis pour la figure 1 et se caprendra facilement en se rappelant qu'au cours d'un cycle de fonctionnement daronné seuls les ccmu- tateurs désignes par des flèches noires ou seuls les commutateurs désignes par des flèches en pointillés sont passants. Il est clair que le dispositif de la figure 3 présente un changement d'agerxement par rapport au dispositif de la figure 1 mais a exactement le même fonctionnement Pour s'en convaincre, on pourrait par exemple suivre le trajet d'un bit arrivant sur l'entrée E 4 Lors du premier cycle de fonctionrment, ce bit passera sucessivement par les registres 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 et 37 pour arriver sur la sortie 54 (en fait il n'arrivera pas sur la sortie 54 puisque, au moment o il devrait y arriver, se produira un chagoement de mode de fonctionnement) Lors du cycle suivant, les bits successifs arrivant sur l'entrée E 4 suivront le chemin des registres 74, 64, 54, 44, 34, 24, 14 et 04 vers la sortie 54 (même remarque). Grâce à cet ageincement, les entrées sont sur une seule colonne et les sorties sur une seule rangée Chaque borne d'entrée est reliée à deux rangées adjacentes et chaque borne de sortie à deux colonnes adjacentes On économise dornc toute la surface occupée par les connexions en figure 1. La structure triangulaire selon la présente invention peut paraître surprenante car, quarnd on place des blocs dans un circuit intégré, chacun est plus ou moins inscrit dans un rectan- gle et la partie non utilisée d'un bloc triangulaire risque d'être perdue Toutefois, dans des applications pratiques, un même circuit intégré devra génrralement comprendre un sérialiseur et un désérialiseur fonctionnant simultanément On pourra alors placer dans un rectarngle (ou un carré) deux sérialiseurs/déséria- liseurs triangulaires tête-bêche Il en résulte un gain de place important. La présente invention prévoit également d'apporter diverses modifications au circuit. Par exemple, la figure 4 illustre un moyen simple et compatible avec la technologie du dispositif selon l'invention pour cbtenir les signaux Q et Q* à partir des signaux d'horloge CLK Un registre 101 de huit cases (autant de cases que la matri- ce de la figure 1 a de rangées ou de colonnes) est actionné au rythme de l'horloge CLK du circuit et comprend une entrée de remise à zéro R La sortie du registre est reouplée à son entrée par un inverseur 102 La sortie du registre corresponxd également au signal Q susmentionné Un inverseur 103 fournit le signal Q* Lors de l'initialisation du système, à l'arrivée du premier mot série ou du premier mot parallèle, le registre 101 est mis à zéro Au bout de huit coups d'horloge, il ne contiendra que des 1 et les sorties Q et Q* chageront d'état pendant ces huit coups d'horloge Elles charont à nouveau d'état pendant les huit coups d'horloge suivants, et ainsi de suite. Un deuxième aspect de la présente invention réside dans la prévision d'un sérialiseur/désérialiseur dans lequel les don- nées série sont en forme de dibits, c'est-à-dire que les paires de bits sucoessives d'un mot de données série sont groupées dans un même temps d'horloge. Pour réaliser un sérialiseur/désérialiseur de oe type, on utilise deux matrices de même nature et actionnées de la mime façon que ce qui a été décrit précédemment On introduit dans la première matrice 201 les bits pairs et dans la deuxième matrice 202 les bits irepairs d'un mot parallèle dans le cas d'un séria- liseur et le premier et le second de chacun des dibits d'un mot série dans le cas d'un désérialiseur. Ce circuit et son fonctionnement sont représentés de façon sflmbolique en figures SA et 5 B, la figure 5 A correspodant à un premier cycle de fonctionrnent dans lequel on réalise un décalage horizontal et la figure 5 B à un deuxième cycle de fonctia-aent dans lequel on réalise un décalage vertical, ces deux cycles de fonctionrent étant alternés comme on l'a exposé précédemment Ces figures sont tracées dans le cas d'un fonction- rúment en sérialiseur, mais il sera clair à partir des explica- tions précédentes que la même structure et le mnme nxmode de comnahiae font de ce dispositif un désérialiseur si oe sont des données sous forme de dibits série qui sont introduites. La figure 5 A représente le cas o le dispositif est dans son premier cycle de fonctionnement (décalage horizontal) et o les matrices ont déjà été remplies au cours d'un cycle de fonctionrneent antérieur. Des données successives d O à d 7 constituées chacune de 16 bits b O à b 15 en parallèle sont appliquées au circuit de sorte que les bits de rang pair b O, b 2 b 14 sont appliqués aux registres de la première colonne de la première matrice 201 tandis que les bits de rang impair bl, b 3 b 15 sont appliqués aux registres de la première colonne de la deuxième matrice 202. Il apparaît que chacune des matrices a une dimension N x N si les données d'entrée comprennent 2 N bits en parallèle Dans l 'exemple représenté, 2 N = 16 et N = 8. Au premier temps d'horloge du cycle, les bits b O-b 15 du premier mot d O sont introduits dans la olonne de gauche des matrices tandis que, au niveau de la colonne de sortie, les deux premiers bits b O et bl de chacun des mots introduits lors du cycle antérieur (décanlage vertical) sont extraits simultanément de chacune des matrioes 201 et 202 pour former les premiers dibits des mots de données d O à d 7 qui ont été introduits lors du ycle précédant celui décrit. Lors du deuxième cycle de fonctionnement, illustré en figure 5 B, le fonctionnement est le mmre sauf que les entrées sont appliquées sur la rangée inférieure et les sorties prises sur la rarnge supérieure. La figure 6 représente un agenroement dans lequel les premier et deuxième aspects de l'invention sont combinés Les données série sont sous forme de dhibits et on utilise deux matrices telles que celle de la figure 3 imbriquées Dans cette représentation, les flèches traversant un carré illustrant un registre indiquent qu'il existe un commutateur entre les deux registres situés de part et d'autre du registre dans lequel figure la flèche. L'homme de l'art pourra apporter diverses variantes et modifications au circuit Par exemple, en figure 1, le registre extrême inférieur et le registre extrême supérieur ont été repré- sentés avec respectivement deux ommutateurs d'entrée et deux commutateurs de sortie En fait, ces registres seront toujours connectés puisque l'un ou l'autre des commutateurs est toujours passant et ces comimutateurs pourront être supprimés. Par ailleurs, des modes de réalisation d'un registre de 1 bit et d'un coua, tateur SW 1 ou SW 2 sont bien connus de l' homme de l'art et n'ont pas décrits en détail ici On notera toutefois que dans une réalisation en technologie CMOS, les commutateurs SW 1 et SW 2 seront de préférence réalisés sous forme de portes de transfert constituées de deux transistors MDS de type opposé, c'est-à-dire respectiveent à canal Net à canal P, dont l'un est commanid par le signal Q et l'autre par le signal Q* La différence entre les coamutateurs SW 1 et SW 2 sera que dans l'un c'est le transistor à canal N qui reçoit le signal Q alors que dans l'autre c'est le transistor à canal P qui recevra ce signal, de façon que le fonctionnement des commutateurs SW 1 et SW 2 soit opposé quand les signaux Q et Q* changent d' état. REVENDICATIONS 1 Sérialiseur/désérialiseur de flux de données à n bits décalés au rythoe d'une horloge (CLK), comprenant: une matrice à N rangées et N colonnes de registres de 1 bit ( 00 77) dont chacun est oonnecte par son entrée à un premier commutateur (SW 1) relié à la sortie du registre de la même rangée et de la colonne de rang inférieur et à un deuxième omrmutateur (SW 2) connecté à la sortie du registre de la nême colonne et de la rangée de rang supérieur, des moyens de commahde pour fermer alternativement tous les N coups d'horloge les premiers coannutateurs et les deuxièmes comutateurs, des bornes d'entrée (EO E 7) reliées aux registres de la colonne de rang inférieur et de la rangée de rang supérieur, des bornes de sortie (SO 57) reliées aux registres de la colonne de rang supérieur et de la rangée de rang inférieur, caractérisé en ce que les cellules de la matrice sont disposées en triangle, les cellules étant disposées les unes par rapport aux autres selon la structure qui correspd à un replie- ment d'une matrie carrée autour de sa diagonale. 2 Sérialiseur/désérialiseur selon la revendlication 1, caractérisé en ce que les moyens de oamande comprennent un registre à N cases ( 101) rebouclé sur lui-même par un inverseur ( 102) et actiorné au rythme de l'horloge (CLK). 3 Sérialiseur/désérialiseur selon la revendication 1, adapté à des flux de données à 2 N bits, dans lequel les données série sont sous forme de dibits, caractérisé en ce qu'il ccmrprend deux matrioes, les cellules de chaque matrice étant geaométri- queaent disposées en triangle, et les deux structures repliées étant imbriquées, deux entrées de mêmne rang des deux matrices étant associées à deux bits de rang successifs d'un flux de données parallèle ou à un dibit d'un flux de dibits série.