(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデータパケットを選択的に転送するためのスイッチングシステムであって、１つのスイッチと、第１のデータセクションおよび第２のデータセクションを含む入力バッファと、あて先データポートとを有しており、該スイッチングシステムは、
前記入力バッファから前記スイッチへ前記データパケットを転送するために、前記第１のデータセクションに接続される第１の入力パス、および、前記第２のデータセクションに接続される第２の入力パスと、
前記複数のデータパケットを前記あて先データポートへ伝送するために、前記あて先データポートに接続される出力パスと、
前記第１および第２の入力パスから前記出力パスへデータを切り替えるために、前記第１の入力パスおよび前記出力パスに接続される第１のクロスポイント回路、および、前記第２の入力パスおよび前記出力パスに接続される第２のクロスポイント回路とを備えることを特徴とするスイッチングシステム。
【請求項２】
前記クロスポイント回路が、差分信号の値に基づいて複数のロジック状態を切り替えるための低減電圧スイング回路である請求項１記載のスイッチングシステム。
【請求項３】
前記低減電圧スイング回路が、さらに、フルスイング出力信号を生成するためのセンス増幅器を備えており、該センス増幅器は、前記低減電圧スイング回路に接続される請求項２記載のスイッチングシステム。
【請求項４】
前記スイッチングシステムが、さらに、前記データパケットを受信する際に前記あて先データポートが利用できるか否かを決定するためのアービトレーションユニットを備えており、該アービトレーションユニットは、前記スイッチに接続される請求項１記載のスイッチングシステム。
【請求項５】
前記スイッチングシステムが、さらに、パケットスイッチングシステムを備える請求項１記載のスイッチングシステム。
【請求項６】
前記スイッチングシステムが、さらに、回路スイッチングシステムを備える請求項１記載のスイッチングシステム。
【請求項７】
複数のデータパケットを選択的に転送するために、１つのスイッチと、複数の出力パスと、複数のデータセクションを含む入力バッファとを有しており、該データセクションの各々は、複数の入力パスの各々に接続されるスイッチングシステムにおいて、
前記複数のデータパケットを前記複数のデータセクションへロードするステップと、
前記複数のデータパケットの各々を保持する前記複数のデータセクションの各々に接続された前記複数の入力パスの各々を通して、該複数のデータパケットの各々を前記スイッチへ転送するステップと、
前記複数の入力パスの各々から前記複数の出力パスの１つへ前記複数のデータパケットの各々を切り替えるステップとを備えることを特徴とする、データを転送するための方法。
【請求項８】
前記複数の入力パスの各々を前記スイッチに接続するステップをさらに備える請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記複数のデータパケットの各々を切り替えるステップが、前記複数の入力パスの１つと前記複数の出力パスの１つとを電気的に接続するステップを含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のデータパケットの１つを受信する際にあて先データポートが利用できるか否かを決定するためのステップをさらに備える請求項７記載の方法。
【請求項１１】
複数のデータパケットを選択的に転送するためのスイッチングシステムに設けられ、かつ、フルスイング出力信号を生成するためのプリチャージ回路を有する低減電圧スイング式のクロスポイント回路であって、該クロスポイント回路は、
予め定められた電圧による電荷を移送するために、各々が前記プリチャージ回路に接続された第１の電圧ラインおよび第２の電圧ラインと、
前記第１の電圧ラインに接続されると共に、オン状態のときに、前記第１の電圧ラインの電圧による前記電荷を放電する第１のトランジスタ回路と、
前記第２の電圧ラインに接続されると共に、オン状態のときに、前記第２の電圧ラインの電圧による前記電荷を放電する第２のトランジスタ回路と、
クロック信号を受信するための１つの入力と、第１の入力ラインと、第２の入力ラインと、１つの出力とを有するセンス増幅器とを備え、
前記クロック信号が高レベルであり、かつ、前記第１の電圧ラインにおける電圧と前記第２の電圧ラインにおける電圧との間の差分電圧レベルが存在する場合に、前記出力にてフルスイング出力信号を生成するために、前記第１の入力ラインが、前記第１の電圧ラインに接続されると共に、前記第２の入力ラインが、前記第２の電圧ラインに接続されることを特徴とするクロスポイント回路。
【請求項１２】
第１のセンス増幅器ラインが、前記センス増幅器の前記第１の入力ラインに対応する第１の入力に接続されると共に、前記第１の電圧ラインに接続される請求項11記載のクロスポイント回路。
【請求項１３】
第２のセンス増幅器ラインが、前記センス増幅器の前記第２の入力ラインに対応する第２の入力に接続されると共に、前記第２の電圧ラインに接続される請求項11記載のクロスポイント回路。
【請求項１４】
前記第１のトランジスタ回路が、第１の電界効果トランジスタおよび第２の電界効果トランジスタを有しており、該第１のトランジスタ回路内の該第１の電界効果トランジスタは、前記第１の電圧ラインに接続される請求項11記載のクロスポイント回路。
【請求項１５】
前記第２のトランジスタ回路が、第１の電界効果トランジスタおよび第２の電界効果トランジスタを有しており、該第２のトランジスタ回路内の該第１の電界効果トランジスタは、前記第２の電圧ラインに接続される請求項11記載のクロスポイント回路。
【請求項１６】
前記第１のトランジスタ回路をオン状態に設定するためのイネーブル信号およびデータ信号を送出するために、該第１のトランジスタ回路内の前記第１の電界効果トランジスタが、前記イネーブル信号に接続されると共に、該第１のトランジスタ回路内の前記第２の電界効果トランジスタが、前記データ信号に接続される請求項14記載のクロスポイント回路。
【請求項１７】
前記第２のトランジスタ回路をオン状態に設定するためのイネーブル信号、および反転されたデータ信号を送出するために、該第２のトランジスタ回路内の前記第１の電界効果トランジスタが、前記イネーブル信号に接続されると共に、該第２のトランジスタ回路内の前記第２の電界効果トランジスタが、前記反転されたデータ信号に接続される請求項15記載のクロスポイント回路。
【請求項１８】
複数のデータパケットを選択的に転送するために、低減電圧スイング式のクロスポイント回路が、第１の電圧ラインと、第２の電圧ラインと、センス増幅器とを有するスイッチングシステムにおいて、
前記第１の電圧ラインおよび前記第２の電圧ラインを、予め定められた電圧レベルまで充電するステップと、
前記第１の電圧ラインにおける前記の予め定められた電圧レベルを放電するステップと、
前記の予め定められた電圧レベルを放電するステップと同時に、前記第２の電圧ラインにおける前記の予め定められた電圧レベルを保持するステップと、
前記センス増幅器にて高レベルのクロック信号を受信するステップと、
前記クロック信号が到達したときに、前記第１の電圧ラインにて放電される前記の予め定められた電圧レベルと、前記第２の電圧ラインにて保持される前記の予め定められた電圧レベルとの間の差分電圧レベルに基づき、出力信号を生成するステップとを備えることを特徴とする、前記クロスポイント回路を用いてデータを転送するための方法。
【請求項１９】
前記の予め定められた電圧レベルを放電するステップが、さらに、トランジスタ回路をオン状態に設定するステップを含む請求項18記載の方法。
【請求項２０】
前記出力信号が、フルスイング出力信号である請求項18記載の方法。
【発明の詳細な説明】
関連出願の相互参照
本願発明の主題は、下記に掲げる出願の主題と関連している。
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２６８、“非同期パケット交換”の名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．Ｈｅｌｌａｎｄ，  Ｔａｋｅｓｈｉ  Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｗｏｌｆ−Ｄｉｅｔｒｉｃｈ  ＷｅｂｅｒおよびＷｉｎｆｒｉｅｄ  Ｗ．Ｗｉｌｃｋｅによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２６９、“ダイナミックなネットワーク・トポロジー探査のシステムおよび方法”の名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．Ｈｅｌｌａｎｄ，Ｗｏｌｆ−Ｄｉｅｔｒｉｃｈ  ＷｅｂｅｒおよびＷｉｎｆｒｉｅｄ  Ｗ．Ｗｉｌｃｋｅによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７０、“低い待ち時間，高いクロック周波数  プレジオ非同期  パケットベース  クロスバー・スイッチング・チップ・システムおよび方法”の名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉ，Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  ＭｕおよびＲａｇｈｕ  Ｓａｓｔｒｙによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７１、“パケットスイッチングネットワーク内のルーチングデバイス出力アクセス用調整方法および装置”の名称で、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  ＭｕおよびＴｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７４、“フロー制御プロトコル・システムおよび方法”の名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．Ｈｅｌｌａｎｄ，Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  Ｍｕ，Ｒａｇｈｕ  ＳａｓｔｒｙおよびＲｉｃｈａｒｄ  Ｌ．Ｓｃｈｏｂｅｒ，Ｊｒ．によって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７５、“相互接続の障害検出およびその位置特定方法および装置”の名称で、Ｒａｇｈｕ  Ｓａｓｔｒｙ，Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  Ｍｕ，Ｊｏｈｎ  Ｒ．Ｓｌｉｃｅ，Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｌ．Ｓｃｈｏｂｅｒ，Ｊｒ．およびＴｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７７、“多重ワード通信におけるエラー検出方法および装置”の名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．ＨｅｌｌａｎｄおよびＴａｋｅｓｈｉ  Ｓｈｉｍｉｚｕによって１９９６年２月２２日に出願、
出願番号＿＿＿＿＿、弁護士用ドケット番号２２７８、“正のソース帰還をそなえたクロック動作されるセンス増幅器”の名称で、Ａｌｂｅｒｔ  Ｍｕによって１９９６年２月２２日に出願、
参考として、上記の出願の全てを本願発明の全体に亘って取り入れている。
発明の背景
技術分野
本発明は、概していえば、電子ルーチングシステム（Routing System）の分野に関し、特に、複数のデータポート間のデータパケットの経路を選択するためのスイッチシステムおよび方法に関するものである。
関連技術の説明
クロスバースイッチシステムは、一揃いの信号ライン中の１ビット信号ラインと、上記一揃いの信号ラインに対し完全に直交する方向に配置された他の一揃いの信号ラインとの間で接続を行うためのリレーにより動作するデバイス、または、それと同等のものである。代表的なチップの中で、クロスバースイッチは、１つのデータポートから他のデータポートへのデータの経路を選択するために使用される。伝統的なセルベース（Cell-Base）のフルロジックスイング式（Full Logic Swing）クロスバースイッチは、多数のスイッチングエレメントを有している。これらのスイッチングエレメントは、同スイッチングエレメントのキャパシタンスや、金属の抵抗およびキャパシタンスのために、長時間の時間遅れや消費電力の増大を生じさせる原因となる。一般的にいって、従来のシステムでは、単一のデータラインに沿って、１つの送信データポートから同送信データポートに関連する入力バッファへ伝送され、次に、１つのクロスバースイッチの入力へ伝送され、その次に、このクロスバースイッチに接続される１つの第２のデータラインが接続すべき１つのインタセクション（Intersection）へ伝送され、そのまた次に、上記クロスバースイッチの出力へ伝送され、最終的に、受信データポートへ伝送されるようなデータを移動させることによって、データの経路を選択していた。
代表的な従来のシステムにおいて、クロスバースイッチシステムは、６つの両方向性のデータラインを有している。このような構成では、説明を簡単にするために１から６の番号が付されたデータポートの各々に対し、ただ１つのデータラインが存在するようになっている。各々のデータポートは、データバッファを備えている。さらに、このような各々のデータバッファは、各々がデータのパケットの部分を保持するような複数のブロックユニットを含む。代表的に、各々のデータバッファには、６つ〜８つのブロックユニットが存在する。各々のデータバッファは、特定のデータポートに関連するデータラインに接続される。クロスバースイッチ内では、各々のデータラインが、一つのインタセクションにおいて他のデータラインに接続される。代表的に、データライン１、２および３は水平方向に位置しており、また一方で、データライン４、５および６は、垂直方向に位置している。このような構成により、上記ラインは、グリッド、または、直交して配置される複数のデータラインの形状を有するようになっている。２つのラインが交差して結合する場所は、２つのデータポートを接続するためのインタセクション・ポイントの位置に相当する。
従来のシステムが動作しているときは、ある１つのデータポートは、同データポートから伝送しようとするデータのパケットでもって、同データポートに関連するバッファをロードする。この場合、複数のブロック内のデータのプライオリティ（Priority）に関する情報や、どの出力ポート上に上記データを伝送すべきかに関する情報もまた、上記データのパケットと一緒にバッファをロードするようになっている。さらに、複数のブロックユニットがデータラインを越えてクロスバースイッチへ伝送される順序を決定するために、あるアービトレーション（Arbitration）プロセスが使用される。さらにまた、出力端における第２のアービトレーションプロセスが、複数のデータブロックからのデータを受信するためにあて先データポートが利用できるか否かを決定する。従来のシステムにおいて、上記２種のアービトレーションプロセスは、データ伝送のプライオリティを提供するために考え出されたものである。
一度、データの一つのブロックが、送信データラインおよび受信データラインの両方に対し首尾よくアクセスを得たときには、上記データは、クロスバースイッチへ伝送され、さらに、あて先データポートへ伝送される。このようなデータの伝送は、送信ラインから、同送信ラインおよび受信ラインからなる２つのラインが結合するインタセクション・ポイントにあるような上記受信ラインへ切り替えることによって行われる。同じように、他のデータポートも、前述と同様の動作を遂行することが可能である。このような動作においては、上記データポートのバッファから、同データポートのデータラインに沿ってクロスバースイッチへデータが伝送され、さらに、あて先ポートに接続されたデータラインが送信データラインに接続されるような交点の位置へ上記データが伝送され、最終的に、あて先データポートへ上記データが伝送される。
次の複数の例は、従来のシステムの動作を示すものである。第１の例として、データポート１が、同データポートの複数のデータパケットをデータポート６へ伝送しようとする場合を考える。データポート１は、例えば、８つのブロックへ８つのデータパケットをロードするといったように、同データポート１のバッファ内の複数のブロックへ複数のデータパケットをロードする。データポート１のバッファ内の各々のデータパケットはまた、データポート６へデータを直接伝送するためのアドレス情報と共に、低プライオリティ、中プライオリティおよび高プライオリティといったようなプライオリティ情報を有している。上記第１の例に係る従来のシステムの動作は、複数のブロック内の複数のデータパケットを、データポート１を通してクロスバースイッチへ伝送する際の順序を決定するための第１のアービトレーションプロセスを使用することによって開始する。さらに、第２のアービトレーションプロセスは、上記データパケットを受信するためにデータポート６が利用できるか否かを決定する。
これらのアービトレーションプロセスが一旦完了し、１つのデータブロックが、データライン１およびデータライン６の両方に対しアクセスを得たときには、このデータブロックからのデータパケットは、データライン１を通してクロスバースイッチへ伝送され、さらに、データライン１がデータライン６と結合するインタセクション・ポイントへ伝送され、最終的に、データポート６へ伝送される。このようなアプローチにおける問題は、データパケットの伝送が開始する前にデータパケットを整理し整頓する際に、システムの時間および資源（Resources）が消費されるために、上記２つのアービトレーションプロセスによりシステム性能が低下するという点にある。さらに、従来のシステムにおいては、内部ブロッキング（Internal Blocking）が抑制されない。このような内部ブロッキングは、ある特定のデータポートをあて先とするデータパケットが、他のデータパケットが当該データポートへ伝送されているために、当該データポートには伝送され得ないという従来のシステムの典型的な問題である。
第２の例として、データポート１およびデータポート３の両方が、それぞれのデータパケットをデータポート６へ伝送しようとする場合を考える。このようなデータパケットの伝送を遂行する場合、各々の発信元データポート自身のデータバッファにおけるデータブロック内の複数のデータパケットを、上記発信元データポートに対応するデータラインを通してクロスバースイッチへ伝送する際の順序を決定するために、上記の各々の発信元データポートは、第１のアービトレーションプロセスによる処理を受ける。第２のアービトレーションプロセスはまた、上記データパケットを受信するためにデータポート６が利用できるか否かを決定するために使用される。もし、データポート６が利用できるのであれば、上記第２のアービトレーションプロセスは、どこから上記データパケットを受信することができるか、すなわち、データポート１のバッファ、またはデータポート３のバッファのいずれから上記データパケットを受信することができるかを決定するために使用される。上記の２つのアービトレーションプロセスが完了した後は、これらのアービトレーションプロセスにて勝利した１つのデータブロックが、同データブロックのデータラインを介してクロスバースイッチへ伝送され、さらに、データライン６へ伝送され、最終的にデータポート６へ伝送される動作を開始する。また一方で、データポート１およびデータポート３内の残りの全てのデータブロックは、伝送されるまで待たなければならない。ここで繰り返しいえば、このようなアプローチにおける問題は、上記の２つのアービトレーションプロセスが、莫大なシステムの時間および資源を必要とする結果として、データの経路を選択する際の総合的なシステム性能が低下する点にある。
第３の例として、データポート１が、１つのデータパケットをデータポート６へ伝送しようとする場合を考える。この第３の例においては、データポート１は、第１のアービトレーションプロセスによる処理を既に受けており、上記データポート１のデータ入力バッファからデータポート６へのデータパケットの伝送を開始している。これに続いて、データポート３が、このデータポート３のデータ入力バッファ内のデータブロックから同データポート３のデータパケットを伝送しようとする。これと同時に、上記データポート３は、データポート６をあて先とする幾つかのブロックからデータパケットと伝送しようとし、かつ、データポート５をあて先とする他のブロックからデータパケットを伝送しようとする。さらに、データポート６へ伝送されるべきデータパケットを保持するデータブロックは、高プライオリティとして規定され、また一方で、データポート５へ伝送されるべきデータパケットを保持するデータブロックは、中プライオリティとして規定されている。
データポート３のデータパケットに対し第１のアービトレーションプロセスが遂行されている間は、データポート６をあて先とするデータブロック内のデータパケットは、データライン３を横切る伝送に関するプライオリティを基準として整理される。しかしながら、第２のアービトレーションプロセスは、データポート６への伝送を許可しないであろう。この理由として、データポート６が、データポート１からデータを受信するために使用中の状態になっているために、他のデータ伝送を受け付けることができないことが挙げられる。さらに、データポート５をあて先とするデータブロック内のデータもまた、伝送することができない。この理由として、上記データポート５をあて先とするデータブロック内のデータが、第１のアービトレーションプロセスにて、データラインを通してデータポート６へ伝送されるのを待っていられるという高プライオティのブロックを獲得できなかったことが挙げられる。データポート６をあて先とするデータブロック内のデータパケットは、第１のアービトレーションプロセスにて勝利を収めたことにより、上記データパケットの伝送が完了するまで、データライン３のプライオティとコントロールを付与されている。
前述のような従来のシステムに関連する問題は、内部ブロッキングの他の例である。内部ブロッキングはまた、同じプライオリティを有する多重のデータパケットが同一のデータ入力バッファ内に存在する場合に発生する。より低いプライオリティの複数のデータブロックを強制的にアイドル状態のままにし、かつ、より高いプライオリティのデータブロックがデータ伝送を完了するまで強制的に待たせない限り、より高いプライオリティのデータブロックがデータパケットを伝送することができない場合、上記のような内部ブロッキングは、複数のデータパケットを伝送するために比較的多くの時間を必要とするので、システム性能を低下させることになる。
従来のクロスバースイッチシステムに関連する別の問題は、ロジック状態を切り替えるためにフルスイング（Full-Swing）動作の実現を利用することによって生ずる。電圧レベル信号が低下すると、スイッチをトリガするために必要とされる正しい電圧レベルが達成されなくなるために、上記ロジック状態を切り替えることが不可能になる。例えば、ある１つの状態を切り替えるために必要とされる電圧が、オン状態にするためには２．５ボルト（“Ｖ”）であってオフ状態にするためには０．８Ｖである場合、システム電圧レベルが２．３Ｖにしか到達しないときは、スイッチはオンにならないかもしれない。従来のシステムにおける問題は、電圧レベルが遅ればせながら２．５Ｖにまで上昇するまで、システムが状態を切り替えるのを延期しなければならないために、より長時間のクロックサイクルタイムを必要とする点にある。
さらに、従来のシステムにおけるフルスイングバス（Full-Swing Bus）の実現により、チップにて比較的大きな電力が消費されるという結果が生ずる。このために、チップにおける性能と電力との比が減少する。
したがって、従来よりも高速でかつ効率的なデータスループットを提供し、それゆえに、総合的なスイッチシステム性能を向上させるクロスバースイッチシステムが必要になる。さらに、大きな負荷がかかっている場合や、抵抗を用いた相互接続により配線されている場合でも、従来よりも高速でかつ効率的なスイッチング動作を可能にするスイッチデータバスが必要になる。
発明の要約
概していえば、本発明は、クロスバースイッチを使用して１つのデータポートから他のデータポートへのデータの経路を選択するように設計されたルーチングデバイス（Routing Device）内のスイッチングシステムに関する。本発明は、出力データバスに接続されたあて先データポートにてデータを生成するためのクロスバースイッチにおいて、発信元データポートから通ずる多重入力データバスまたは多重入力データパスを、低減スイング式（Reduced Swing）の差動出力データバスに接続することによって、クロスバースイッチシステムのデータスループットを向上させるように設計されている。
本発明のシステムおよび方法は、総合的なシステム性能を改善するために、スイッチングシステムにおいて従来よりも高速でかつ効率的なデータスループットの要求を満足させる。本発明のシステムは、あて先データポート入力バッファ、第１のあて先データ入力パス、第２のあて先データ入力パス、第１のデータ出力パス、第２のデータ出力パス、および、少なくとも１つのクロスポイント（Crosspoint）回路を備えている。さらに、あて先データポート入力パスバッファは、第１のデータセクションおよび第２のデータセクションを有している。各々のクロスポイント回路は、差動式の低減電圧スイング回路（Reduced Voltage Swing Circuit）である。
あて先データポート入力バッファの第１のデータセクションは、第１のデータ入力パスに接続され、また一方で、あて先データポート入力バッファの第２のデータセクションは、第２のデータ入力パスに接続される。上記の第１および第２のデータ入力パスは、複数の入力パスと複数の出力パスとの各インタセクションに位置するクロスポイント回路を介して、第一のデータ出力パスおよび第２のデータ出力パスにそれぞれ接続される。本発明のシステムは、個々のデータ入力パスを通してデータを転送するための初期のアービトレーションプロセスや、内部ブロッキングの問題や、過負荷のバスに起因するデータ伝送の遅れを生ずることなく、異なるデータ出力パスに向けて各々のデータセクション内のデータを同時に転送することができるという利点を有する。それゆえに、本発明は、システムにおけるデータスループットを顕著に向上させることが可能になる。
本発明の方法は、複数のデータパケットまたはデータフレームの各々を入力バッファの複数のデータセクションへロードするステップと、各々のデータセクションに対応する入力パスを１つのスイッチに接続するステップと、このようにして接続された入力パスを介して、各々のデータパケットをデータセクションからスイッチへ伝送するステップと、各々のデータパケットを入力パスから出力パスへ切り替えるステップとを有する。本発明の請求の範囲に係る方法は、入力バッファから１つのスイッチへ多重データパケットを同時に転送し、さらに、１つまたは２つ以上のあて先データポートへ上記データパケットを転送することを可能にするものである。それゆえに、本発明の請求の範囲に係る方法は、システムにおけるデータスループットの速度および効率を増加させることにより、総合的なシステム性能を改善することができる。
本発明のシステムおよび方法は、スイッチシステムを実現するための差動式の低減電圧スイング回路、すなわち、クロスポイント回路を備えている。このクロスポイント回路は、各々のデータ入力パスに対応する第１のトランジスタ回路および第２のトランジスタ回路や、１つのデータポートに対応するセンス増幅器と共に、第１の低減電圧スイングラインおよび第２の低減電圧スイングラインを有している。さらに、第１の低減電圧スイングラインは、第１のトランジスタ回路とセンス増幅器に接続される。また一方で、第２の低減電圧スイングラインは、第２のトランジスタ回路とセンス増幅器に接続される。ここで、センス増幅器は、データポートに対応する出力信号を生成する。
さらに、クロスポイント回路は、バスを過負荷の状態にしてシステム性能を低下させることなく、スイッチ内にて多重データ入力パスをバスに接続することができるという利点を有する。さらにまた、クロスポイント回路は、特定の電圧レベルの代わりに、クロック信号および電圧差に基づいたデータ信号の状態の変化を可能にする。このようなクロスポイント回路においては、コモンモード（Common Mode）のノイズに影響されないことによって、従来よりも低い電圧レベルの使用が可能になるので、システム性能を向上させることが可能になる。その上、バス上の電圧のスイング（Swing）が少なくなるので、チップでの電力消費が節減される。
上記のクロスポイント回路を動作させる方法は、第１の電圧ラインおよび第２の電圧ラインをプリセット電圧レベルまで充電するステップと、上記第１の電圧ラインからプリセット電圧レベルを放電するステップと、上記第２の電圧ラインにおけるプリセット電圧レベルを保持するステップと、センス増幅器をオン状態に設定するために、上記センス増幅器にてクロック信号を受信するステップと、上記第１の電圧ラインと上記第２の電圧ラインとの電圧差に基づき、上記センス増幅器をトリガするステップと、上記センス増幅器からフルスイング出力信号を出力するステップとを有する。さらに、上記のクロスポイント回路を動作させる方法は、電圧レベルの測定よりもむしろ差分電圧の測定に基づいて出力の状態を変化させることを可能にするという利益を提供する。このようなアプローチの利点は、コモンモード除去によって従来よりも低い電圧信号を使用することができので、総合的なシステム性能を向上させることが可能になることである。さらに、上記の方法は、優れたコモンモード除去を可能にするので、フルスイング出力信号を生成することができる。
これまで述べた本発明の特徴、態様および利点や、その他の特徴、態様および利点は、下記の記述、添付クレーム、および添付の図面を参照することによってより良く理解できるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のクロスバースイッチシステムの一実施例を示すブロック図、
図２は、クロスバースイッチ内でクロスポイント回路を介して接続される一揃いのデータ入力パスと一揃いのデータ出力パスを備えた本発明の内部構造の一実施例を示すブロック図、
図３は、発信元データポート入力バッファへロードされるデータパケットまたはデータフレームの一実施例を示すブロック図、
図４は、本発明の一実施例を動作させるための一方法を示すフロー図、
図５は、多重発信元データポートが、少なくとも１つの共用のあて先データポートへ伝送することを試みる場合における本発明の内部の部分の一実施例を示すブロック図、
図６は、本発明のクロスバースイッチ内のクロスポイント回路の一実施例を示すブロック図、
図７Ａは、本発明におけるクロスポイント回路の概略的な動作を実行するための一方法を示すフロー図、
図７Ｂおよび図７Ｃは、本発明におけるクロスポイント回路の概略的な動作を実行するための他の方法を示すフロー図、および、
図８は、本発明の一実施例の動作期間中に現れる波形のグラフである。
好適な実施例の詳細な説明
図１のブロック図は、本発明のクロスバースイッチを有するスイッチングシステムの一実施例を示すものである。この実施例は、１つのクロスバースイッチ１０５と、複数の発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０と、それぞれ対応する一揃いのデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆと、データ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８と、あて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０と、各々のデータポート１０、２０、３０、４０、５０および６０に対するアービトレーションユニット１７０（合計６つのアービトレーションユニット分）とを備えている。データポート２の入力バッファ〜データポート５の入力バッファ、すなわち、データポート入力バッファ１２０、１３０、１４０および１５０と、これらのデータポート入力バッファにそれぞれ関連するデータ入力パス１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆおよび１５５ａ〜ｆは、図１には図示されていない。しかしながら、これらのデータポート入力バッファおよびデータ入力パスは、発信元データポート１の入力バッファ１１０、発信元データポート６の入力バッファ１６０、および、これらの入力バッファにそれぞれ対応するデータ入力パス１１５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆと構造的に等価なものであることが理解されるであろう。
さらに、図１には図示されていないけれども、発信元データポート１が、発信元データポート１の入力バッファ１１０とデータ出力パス１１８に接続されており、発信元データポート２が、発信元データポート２の入力バッファ１２０とデータ出力パス１２８に接続されており、発信元データポート３が、発信元データポート３の入力バッファ１３０とデータ出力パス１３８に接続されており、発信元データポート４が、発信元データポート４の入力バッファ１４０とデータ出力パス１４８に接続されており、発信元データポート５が、発信元データポート５の入力バッファ１５０とデータ出力パス１５８に接続されており、そして、発信元データポート６が、発信元データポート６の入力バッファ１６０とデータ出力パス１６８に接続されていることが理解されるであろう。本発明では、各々のデータポートが、ルーチングデバイス、ネットワークデバイス、コンピュータデバイス、または周辺デバイス等になり得る。
各々の発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０は、対応する一揃いのデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆに接続される。各々の一揃いのデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆは、各々のデータ入力パスに関連する入力において、クロスバースイッチ１０５に接続される。この場合、データ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８もまた、クロスバースイッチ１０５に接続される。さらに、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８は、対応するあて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０に接続される。各々のあて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０に対し、それぞれ関連するアービトレーションユニット１７０が、各々の発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０に接続されると共に、クロスバースイッチ１０５に接続される。クロスバースイッチ１０５およびアービトレーションユニット１７０のいずれも、クロック信号入力を有している。
概していえば、システムの動作は、１つの発信元データポートから１つまたは２つ以上のあて先データポートへデータを移動させることを含む。例えば、発信元データポート１が、発信元データポート６に対応するあて先データポート６０へデータを転送しようとする場合、発信元データポート１の入力バッファ１１０は、まず初めに、伝送の対象とするデータパケットまたはデータフレームでもってロードされる。このようなデータフレームは、後述するように、アドレス情報またはプライオリティ情報のような他のビット情報を含むデータパケットを有している。各々のデータパケットは、発信元データ入力バッファ１１０内で上記データパケット自身に対応するデータセクションへロードされ、各々のデータセクションに関連するデータ入力パスを通して伝送される。次に、関連するアービトレーションユニット１７０が、データを受信するために発信元データポート６に対応するあて先データポート６０が利用できるか否かを決定する。データポート６に対応するあて先データポート６０が一旦利用可能になれば、アービトレーションユニットが、クロスポイント回路２１０を用いてデータ入力パスとデータ出力パスとを電気的に接続することを可能にする。この結果、上記データパケットが、あて先データポート６の出力パス１６８に切り替えられる、すなわち、出力パス１６８への経路が選択されることになる。この場合、出力パス１６８は、発信元データポート６に対応するあて先データポート６０に接続されることになる。
本発明の他の実施例においては、７つ以上もしくは５つ以下の発信元データポートまたはあて先データポート、７つ以上もしくは５つ以下の発信元データポート入力バッファ、および、７つ以上もしくは５つ以下のデータ出力パスを設けることも可能である。さらに、７つ以上もしくは５つ以下のデータセクションや、各々のデータポート入力バッファからクロスバースイッチへ通ずるような７つ以上もしくは５つ以下のパスを設けることも可能である。
図２のブロック図は、クロスバースイッチ１０５の内部回路の一実施例を示すものである。このブロック図には、クロスポイント回路２１０によって各々のインタセクションにて互いに結合するような水平バスと垂直バスとを備えたクロスポイント・マトリックスが図示されている。この場合、一揃いのデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆが、水平バスを有しており、データ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８が、垂直バスを有している。さらに、図２のシステムは、あて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０を備えている。各々のあて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０は、関連するアービトレーションユニット１７０を有している。
各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆは、クロスバースイッチ１０５に対する専用のアクセスを実現するために、各々の発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０のデータセクション３１０ａ〜ｆに接続される。さらに、各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆは、クロスポイント回路２１０を介して、任意の２つのパスが交差するインタセクションにて各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８と電気的に接続する。このように、本発明の一実施例においては、６つの発信元データポート入力バッファが存在する。これらの発信元データポート入力バッファの各々は、６つのデータセクションと、３６種のデータ入力パスと、６つのデータ出力パスと、クロスバースイッチ１０５内の２１６種のクロスポイント回路（各々のデータ出力パスに対し３６種のクロスポイント回路が存在する）とを有している。さらに、各々のあて先データポートに関連する各々のアービトレーションユニット１７０は、各々の発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０に接続されると共に、クロスバースイッチ１０５に接続される。
上記のアービトレーションユニット１７０は、図６を参照しながら後述するように、クロスポイント回路２１０に対するイネーブル信号を提供するために、クロック信号と組み合わされた許可信号（Grant Signal）を生成するアービトレーション・ロジックを有している。さらに、アービトレーションユニット１７０の一実施例は、既に呈示済みの米国特許出願番号＿＿＿＿＿、“パケットスイッチングネットワーク内のルーチングデバイス出力アクセス用調整方法および装置”の名称で、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  ＭｕおよびＴｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉによって１９９６年２月２２日に出願された関連出願にて記述されている。さらに、各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆと、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８は、７０ビットのデータパスである。他の実施例においては、各々のデータパスのビット幅は、７０ビットより大きくするか、または７０ビットより小さくすることも可能である。さらにまた、各々のデータパスは、１０ミリメートル（“ｍｍ”）長の伝導エレメントを有することも可能である。
本発明において、各々の入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０からクロスバースイッチ１０５へ通ずる専用の入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆを提供することにより生ずる一つの利点は、単一の非専用の入力パスを介してクロスバースイッチへのアクセスを獲得するためのアービトレーション（調停）を省略することにより、システム内のデータスループットを向上させられることである。本発明の他の利点は、これ以降さらに詳しく述べるように、内部ブロッキングを取り除くことによって、前述の場合と同じように、システム内のデータスループットを向上させられることである。
図３は、発信元データポート入力バッファへデータパケットをロードするための発信元データポートの一実施例を示すものである。図３では、説明を簡単にすために、発信元データポート１の入力バッファ１１０を代表して示すこととする。しかしながら、ここで述べるような一般的な原理が、残りの発信元データポート入力バッファ１２０、１３０、１４０、１５０および１６０にも適用されることは容易に理解されるであろう。上記実施例は、発信元データポート１と、６つのデータセクション３１０ａ〜ｆを有する発信元データポート１の入力バッファ１１０と、発信元データポート１の６つの入力パス１１５ａ〜ｆとを備える。各々のデータセクション３１０ａ〜ｆは、それ自身にそれぞれ対応する入力パス１１５ａ〜ｆに接続される。各々のデータパケットは、通常、それ自身のデータセクション３１０ａ〜ｆへロードされる。さらに、各々の特定のデータパケットに関するプライオリティおよびあて先アドレス情報を提供するヘッダが、各々のデータパケットに関連している。上記データパケットに関連するアドレス情報およびプライオリティ情報が付加されたデータパケットは、データフレームとよばれる。各々のデータパケットは、同じあて先データポートに向けられるか、または、互いに異なる複数のあて先データポートに向けられる。本発明の他の実施例においては、入力バッファ内の複数のデータセクションの数を、前述の一実施例の場合よりも多くすることもできるし、少なくすることもできる。
図４のフロー図は、発信元データポート１から、発信元データポート６に対応するあて先データポート６０へ向けて複数のデータパケットを伝送する例として使用される本発明の一実施例を動作させるための概略的な一方法を示すものである。ステップ３５０に示すように本発明のシステムが始動し、発信元データポート６に対応するあて先データポート６０に向けて上記データパケットが伝送されようとしている場合、各々のデータパケットは、ステップ３５５に示すように、発信元データポート６の入力バッファ１１０内で上記データパケット自身に対応するデータセクション３１０ａ〜ｆへロードされる。さらに、各々のデータパケットは、１つのヘッダを備える。このヘッダは、上記の各データパケットに関連したプライオリティのレベルを示すプライオリティ情報以外に、発信元データポート６に対応するあて先データポート６０への伝送を示すあて先情報を提供するためのものである。適切なデータセクション３１０ａ〜ｆ内にデータパケットがロードされた後は、ステップ３６０に示すように、本発明のシステムは、アービトレーションプロセスを通して、データを受信するために発信元データポート６が利用できるか否かを決定する。データポート６に対応するあて先データポート６０が一旦利用可能になれば、ステップ３６５に示すように、上記のシステムは、各々のデータセクション３１０ａ〜ｆ内のデータパケットをクロスバースイッチ１０５へ転送する。ステップ３６５では、各々のデータパケットは、このデータパケットに対応するデータセクション３１０ａ〜ｆから、上記の各データパケット自身の専用のデータポート１の入力パス１１５ａ〜ｆを通して転送される。この入力パス１１５ａ〜ｆは、それぞれ対応するデータセクション３１０ａ〜ｆに接続されている。さらに、ステップ３７０に示すように、上記データパケットは、データポート１の入力パス１１５ａ〜ｆから、データポート６に対応する出力パス１６８に切り替えられる、すなわち、出力パス１６８への経路が選択されることになる。その後、上記データパケットは、データポート６に対応するあて先データポート６０に送られる。各々のデータパケットは、それ自身のデータパスを有しているので、上記のシステムは、データ入力バッファ１１０からクロスバースイッチ１０５へデータを伝送する際に個々のアービトレーションプロセスを実行することを必要としない。
本発明は、各々のデータパケットと、このデータパケットに対応して上記データパケット自身の専用の入力パスを有するデータパケットについての利益を実証するものである。この場合、上記専用の入力パスは、クロスバースイッチ１０５に直接接続されている。上記のような本発明の実施による１つの利点は、２つのアービトレーションプロセスの代わりに１つのアービトレーションプロセスを有しているために、クロスバースイッチ１０５に対するアクセスを獲得するための競合（Contention）が取り除かれると共に、本発明に係るシステムが、現時点では１つのクロックサイクルにてアービトレーションプロセスを完了させることが可能になることである。ここでは、単一のデータポート１の入力パスを通してクロスバースイッチ１０５へデータパケットを伝送する際に、２つのアービトレーションプロセスによる調停を行うために従来は必要であった時間およびシステム資源を除去することによって、データ信号伝送の速度が大幅に改善される。
図５のブロック図は、多重発信元データポートが、少なくとも１つの共用のあて先データポートへ伝送することを試みる場合における本発明の内部の部分の一実施例を示すものである。図５に示す実施例において、上記のシステムは、１つのクロスバースイッチ１０５と、あて先データポート１０、２０、３０、４０、５０および６０と、発信元データポート入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０と、データ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆと、データ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８と、複数のクロスポイント回路２１０とを備える。各々のクロスポイント回路２１０は、上記データ入力パスの各々と上記データ出力パスの各々とが交差するインタセクションにおいて、データ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆと、データ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８に接続される。図５の一揃いのフローライン（データパスに沿った破線）は、これから詳しく述べるように、発信元データポート入力バッファからあて先データポートへの現在のフローおよび可能性あるフローの１つの例を示すものである。
ここでは説明を簡単にするために、前述の図４のプロセスと同じように、発信元データポート１からのデータパケットが、データポート６に対応するあて先データポート６０へロードされ、かつ、伝送される場合を考える。さらに、発信元データポート４からのデータパケットが、データポート２に対応する出力パス１２８を介して同データポート２のあて先データポート２０へ伝送されるべきデータパケットと、データポート３に対応する出力パス１３８を介して同データポート３のあて先データポート３０へ伝送されるべきデータパケットと、データポート６に対応する出力パス１６８を介して同データポート６のあて先データポート６０へ伝送されるべきデータポートとを持とうとしている場合を考える。このような場合、図４にて既述したようなデータパケットに対するプロセスと同じように、発信元データポート４からのデータパケットは、あて先情報を提供するヘッダと一緒に、発信元データポート４の入力バッファ１４０内のデータセクションへロードされる。ここで、上記あて先情報は、上記発信元データポート４からの特定のパケットが、データポート２のあて先データポート２０へ転送されるべきか、データポート３のあて先データポート３０へ転送されるべきか、または、データポート６のあて先データポート６０へ転送されるべきかを示すものである。さらに、上記ヘッダは、上記特定のデータパケットの他のデータパケットに対する相対プライオリティを示すプライオリティ情報を含む。
図５の実施例の動作を示すために、発信元データポート４の入力バッファ１４０における第１のデータセクション内のデータパケットが高プライオリティを有し、かつ、データポート６に対応するあて先データポート６０へ向けられる場合を考える。さらに、第２のデータセクション内のデータパケットが中プライオリティを有し、かつ、データポート３に対応するあて先データポート３０へ向けられる場合を考える。さらにまた、第４のデータセクション内のデータパケットが低プライオリティを有し、かつ、データポート２に対応するあて先データポート２０へ向けられる場合を考える。現時点では、発信元データポート１が、データポート６に対応するあて先データポート６０へデータパケットを伝送しているので、データポート６のあて先データポート６０に関連するアービトレーションユニット１７０が、データポート６のあて先データポート６０に対するアクセスを許可しないようにしている。しかしながら、データポート２のあて先データポート２０、および、データポート３のあて先データポート３０に関連するアービトレーションユニット１７０は、データパケットを受信するために利用できるデータポートをそれぞれ見つけ出す。
本発明は、データポート２のあて先データポート２０へ向けられるデータパケットと、データポート３のあて先データポート３０へ向けられるデータパケットとを、それぞれ対応するデータセクションから伝送するものである。この場合、これらのデータパケットの各々は、第１のデータセクション内のデータパケットよりも低いプライオリティを有しているにもかかわらず伝送可能である。換言すれば、本発明では、データポート１からデータポート６のあて先データポート６０へのデータ伝送が現在行われているために、データポート６のあて先データポート６０へ向けられる比較的高いプライオリティのデータパケットを伝送することができない場合には、データポート２のあて先データポート２０へ向けられる比較的低いプライオリティのデータパケットと、データポート３のあて先データポート３０へ向けられる比較的低いプライオリティのデータパケットとを伝送することが可能になる。発信元データポート４の入力バッファ内の各々のデータセクションに対応して設けられた専用のデータ入力パス１４５ａ〜ｆによって、比較的低いプライオリティのデータパケットが、比較的高いプライオリティのデータパケットがクロスバースイッチ１０５へデータパケットを伝送し終えるのを待つ必要性がなくなる。
本発明の一実施例は、ある特定のデータポートまたは複数のデータポートのアベイラビリティを決定するに際し、一般的なハードウェアもしくはソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを含む通常のアービトレーションを利用する。他の実施例において、本発明は、既に呈示済みの米国特許出願番号＿＿＿＿＿、“パケットスイッチングネットワーク内のルーチングデバイス出力アクセス用調整方法および装置”の名称で、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ，Ａｌｂｅｒｔ  ＭｕおよびＴｈｏｍａｓ  Ｍ．Ｗｉｃｋｉによって１９９６年２月２２日に出願された関連出願にて開示されているようなアービトレーションデバイスおよびアービトレーション方法を使用することが可能である。
これまで述べたような本発明の実施例は、ある１つのデータ入力バッファ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０の各々のデータセクションから、クロスバースイッチ１０５内の各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８へ通ずるような専用のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆを設けることの利益を例証する。各々の専用のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆの存在は、クロスバースイッチ１０５へ通ずる１つのデータ入力パスを最初にアクセスするために前もって必要とされる初期段階のアービトレーションを省略することができる。各々の専用のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆの存在はまた、内部ブロッキングの問題も解消することができる。この理由として、ある１つの発信元データ入力バッファの他のデータセクションから伝送されるのを待っている状態にある比較的高いデータパケットの存在にもかかわらず、比較的低いプライオリティのデータパケットのクロスバースイッチ１０５への伝送が許可されることが挙げられる。本発明によれば、上記の理由により内部ブロッキングが生じなくなるので、本発明は、クロスバースイッチ１０５を通して従来よりも高速のデータ伝送が行えるという利点を提供する。
図６のブロック図は、本発明のクロスバースイッチ１０５内のクロスポイント回路２１０の一実施例を示すものである。ここでは、クロスポイント回路２１０は、差動式の低減電圧スイング回路構成を有している。スイッチング動作による複数のスイッチ状態を実現するための電圧のスイングは、交差部や隣接する導体部により発生し得る大きさの差動モードのノイズを考慮した場合、代表的に５００ミリボルト（“ｍＶ”）になる。上記クロスポイント回路は、プリチャージ回路４０１と、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２と、低減電圧スイングラインＶ２  ４０３とを備える。各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆについて、上記クロスポイント回路は、データライン４１０と、インバータ４１５と、例えば電界効果トランジスタ（“ＦＥＴｓ”）Ｍ１  ４２０、Ｍ２  ４３０、Ｍ３  ４４０およびＭ４  ４５０のような一揃いの電界効果トランジスタ（“ＦＥＴｓ”）と、イネーブルライン４０５とを有している。この結果、本発明の一実施例は、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８に沿って上記のような構成要素を３６組備えることになる。さらに、各々のデータポート１０、２０、３０、４０、５０および６０について、上記クロスポイント回路は、センス増幅器４８０に対する接続部と、センス増幅器ラインＡ  ４６０およびＢ  ４７０と、センス増幅器出力ライン４９０とを有している。この結果、本発明の一実施例においては、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８に沿って上記のような構成要素を６組備えることになる。
上記プリーチャージ回路４０１は、２つの低減電圧スイングラインＶ１  ４０２およびＶ２  ４０３に接続される。さらに、各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆについて、イネーブルライン４０５は、電界効果トランジスタＭ１  ４２０およびＭ２  ４３０の各々のゲートに接続される。さらに、データライン４１０は、電界効果トランジスタＭ３  ４４０のゲートに接続されると共に、インバータ４１５に接続される。このインバータ４１５は、電界効果トランジスタＭ４  ４５０のゲートに接続される。さらに、各々のデータ入力パス１１５ａ〜ｆ、１２５ａ〜ｆ、１３５ａ〜ｆ、１４５ａ〜ｆ、１５５ａ〜ｆおよび１６５ａ〜ｆについていえば、データライン４１０は各々のデータ入力パスに接続される。他の実施例においては、データ入力パスは、データライン４１０そのものである。
電界効果トランジスタＭ１  ４２０は、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２に接続され、電界効果トランジスタＭ２は、低減電圧スイングラインＶ２  ４０３に接続される。２つの電界効果トランジスタＭ１  ４２０およびＭ２  ４３０は、トランジスタ回路を形成する。同様にして、２つの電界効果トランジスタＭ３  ４３０およびＭ４  ４４０もまた、トランジスタ回路を形成する。さらに、２つの電界効果トランジスタＭ１  ４２０およびＭ２  ４３０は、差動回路の対を形成する。同様にして、２つの電界効果トランジスタＭ３  ４３０およびＭ４  ４４０もまた、差動回路の対を形成する。さらに、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８について、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２は、センス増幅器ラインＡ  ４６０に接続され、また一方で、低減電圧スイングラインＶ２  ４０３は、センス増幅器ラインＢ  ４７０に接続される。さらに、２つのセンス増幅器ラインＡ  ４６０およびＢ  ４７０は、センス増幅器４８０に接続される。このセンス増幅器４８０は、センス増幅器出力ライン４９０に接続される。このセンス増幅器出力ライン４９０は、各々のデータ出力パス１１８、１２８、１３８、１４８、１５８および１６８に接続される。他の実施例においては、データ出力パスは、センス増幅器出力ライン４９０そのものである。
図７Ａは、クロスポイント回路２１０の一実施例の概略的な動作を示すフロー図である。クロスポイント回路２１０が動作を開始すると（ステップ７００）、まず初めに、第１の低減電圧スイングラインと第２の低減電圧スイングラインが、予め定められた電圧レベルまで充電される（ステップ７０５）。次に、ステップ７１０に示すように、第１の低減電圧スイングラインにおける予め定められた電圧レベルが放電され、また一方で、第２の低減電圧スイングラインにおける予め定められた電圧レベルが保持される。さらに、ステップ７１５に示すように、クロック信号がセンス増幅器にて受信され、このクロック信号によって上記センス増幅器が動作を開始するか、または、オン状態に設定される。さらに、ステップ７２０に示すように、上記センス増幅器は、第１の低減電圧スイングラインと第２の低減電圧スイングラインとの電圧差に基づき、フルスイング出力を生成するための出力信号をトリガする。最終的に、ステップ７２５に示すように、上記の出力信号は、あて先データポートに送られる。
図７Ｂおよび図７Ｃのフロー図は、図６に示したようなクロスポイント回路２１０の動作の一実施例を示すものである。図７Ｂおよび図７Ｃの実施例において、クロック信号の立ち上がり端部にてシステムが動作サイクルを開始すると（ステップ７２７）、プリチャージ回路４０１がオン状態になると共に、イネーブル信号が不活性状態になる。このときに、ステップ７３０に示すように、低減電圧スイングライン（ＲＶＳライン）Ｖ１  ４０２および低減電圧スイングラインＶ２  ４０３が、プリチャージ回路によって充電される。この結果、両方の低減電圧スイングライン共、例えば電源電圧Ｖｃｃのような予め定められた電圧レベルになるまで充電される。上記の低減電圧スイングラインＶ１  ４０２および低減電圧スイングラインＶ２  ４０３が充電されているときに（ステップ７３０）、ステップ７３５に示すように、データライン４１０に沿って電界効果トランジスタＭ３  ４４０へデータ信号が伝送される。このデータ信号はまた、ステップ７３５に示すように、インバータ４１５によって反転され、電界効果トランジスタＭ３  ４４０へ伝送される。
ここでは、電界効果トランジスタＭ３  ４４０および電界効果トランジスタＭ４  ４５０の両方のゲートに対し予め条件設定を行うことによって、上記データ信号の適切な状態が達成されるように上記データ信号がロードされる（ステップ７４０）。次に、ステップ７４５に示すように、上記のシステムは、イネーブル信号が到達したか否かをチェックする。イネーブル信号が到達していない場合、上記のシステムは、電界効果トランジスタＭ３  ４４０およびＭ４  ４５０に対し予め条件設定を行うことを継続する。これに対し、イネーブルライン上にイネーブル信号が存在する場合（ロジックが高レベル“Ｈｉｇｈ”＝１）、ステップ７５０に示すように、プリチャージ回路４０１がオフ状態に設定される。また一方で、ステップ７５５に示すように、電界効果トランジスタＭ１  ４２０および電界効果トランジスタＭ２  ４３０の両方がオン状態に設定される。イネーブル信号は、アービトレーション回路１７０からの許可信号に基づいて生成される。この許可信号は、クロック信号によって制御される。
さらに、ステップ７６０に示すように、上記のシステムは、イネーブル信号が到達した時点で、データライン４１０に沿ったデータ信号が論理的に高レベル（“Ｈｉｇｈ”）、例えば１になっているか否かを判断する。もし、データ信号が高レベル（“Ｈｉｇｈ”）になっていれば、ステップ７６５に示すように、電界効果トランジスタＭ１  ４２０および電界効果トランジスタＭ３  ４４０を含むトランジスタ回路がオン状態に設定され、かつ、ステップ７７０に示すように、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２が、上記のトランジスタ回路を介してアースレベルになるまで放電される。逆にいえば、ステップ７７０に示すように、電界効果トランジスタＭ２  ４３０および電界効果トランジスタＭ４  ４５０を含むトランジスタ回路がオフ状態に設定される。なぜならば、反転されたデータラインが論理的に低レベル（“Ｌｏｗ”）、例えば０になっているために、電界効果トランジスタＭ４  ４５０を非動作状態にするからである。電界効果トランジスタＭ２  ４３０および電界効果トランジスタＭ４  ４５０の列をオフ状態に設定することによって、ステップ７７０に示すように、低減電圧スイングラインＶ２  ４０３における電圧レベルがＶｃｃのレベルに保持される。
さらに、ステップ７８５に示すように、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２における電圧レベルが、センス増幅器ラインＡ  ４６０に沿って伝送されると共に、低減電圧スイングラインＶ２  ４０３における電圧レベルが、センス増幅器ラインＢ  ４７０に沿って伝送される。ここで、センス増幅器ラインＡ  ４６０およびセンス増幅器ラインＢ  ４７０の両方における信号は、センス増幅器４８０を駆動するために使用される。さらに、ステップ７９０に示すように、このセンス増幅器４８０は、クロック信号を受信する。このクロック信号が高レベル（“Ｈｉｇｈ”）である場合に上記センス増幅器４８０は動作を開始する。ステップ７９５に示すように、センス増幅器４８０が動作を開始すると、このセンス増幅器４８０は、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２と低減電圧スイングラインＶ２  ４０３との間の電圧差に基づき出力信号を生成する。この場合、上記の電圧差は、２００メガヘルツ（ＭＨｚ）の動作周波数において少なくとも５００ｍＶになっている。さらに、ステップ８００に示すように、上記のようにして生成された出力信号は、センス増幅器４８０の特有の性質に応じて３．３ボルトまたはアースレベル（０ボルト）のいずれか一方のフルスイングの出力になる。
また一方で、ステップ７６０において、データ信号が高レベル（“Ｈｉｇｈ”）ではなく、低レベル（“Ｌｏｗ”）である場合、ステップ７７５に示すように、電界効果トランジスタＭ３がオフ状態に設定されると共に、電界効果トランジスタＭ４  ４５０がオン状態に設定される。この結果、電界効果トランジスタＭ１  ４２０および電界効果トランジスタＭ３  ４４０を含む回路がオフ状態になり、電界効果トランジスタＭ２  ４３０および電界効果トランジスタＭ４  ４５０を含む回路がオン状態になる。電界効果トランジスタＭ１  ４２０および電界効果トランジスタＭ３  ４４０を含む回路がオフ状態になっているために、ステップ７８０に示すように、低減電圧スイングラインＶ１における電圧レベルは、Ｖｃｃの電圧に保たれる。また一方で、上記ステップ７８０に示すように、低減電圧スイングラインＶ２における電圧レベルは、オン状態になっている電界効果トランジスタＭ２  ４３０および電界効果トランジスタＭ４  ４５０を含む回路を介して放電される。さらに、ステップ７８５に示すように、第１の低減電圧スイングラインＶ１  ４０２および第２の低減電圧スイングラインＶ２  ４０３の両方における電圧レベルが、センス増幅器に伝送される。さらに、ステップ７９０に示すように、このセンス増幅器は、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２の電圧レベルと低減電圧スイングラインＶ２  ４０３の電圧レベルとの間の電圧差を測定する。さらに、ステップ７９０に示すように、上記センス増幅器４８０は、クロック信号を受信する。高レベル（“Ｈｉｇｈ”）のクロック信号が受信されたときに、上記センス増幅器４８０は動作を開始する。ステップ７９５に示すように、センス増幅器４８０が動作を開始すると、このセンス増幅器４８０は、低減電圧スイングラインＶ１  ４０２の電圧と低減電圧スイングラインＶ２  ４０３の電圧との間の電圧差に基づき出力信号を生成する。さらに、ステップ８００に示すように、上記のようにして生成された出力信号は、センス増幅器４８０の特有の性質に応じて３．３ボルトまたはアースレベル（０ボルト）のいずれか一方のフルスイングの出力になる。
本発明の実施例において、センス増幅器４８０は一般的なセンス増幅器である。代替的に、センス増幅器４８０として、既に呈示済みの米国特許出願番号＿＿＿＿＿、“正のソース帰還をそなえたクロック動作されるセンス増幅器”の名称で、Ａｌｂｅｒｔ  Ｍｕによって１９９６年２月２２日に出願された関連出願にて記述されているようなセンス増幅器を使用することも可能である。さらに、本発明では、センス増幅器４８０が、フルスイング電圧レベルの代わりに、上記クロック信号と上記電圧差に基づいて出力信号を生成することによって、低減された電圧信号のスイングを実現することを可能にする。さらに、上記のシステムは、２つの低減電圧スイングライン間の電圧差に基づいて出力信号をトリガしたり生成したりするにもかかわらず、センス増幅器４８０にて３．３ボルトまたはアースレベル（０ボルト）のいずれか一方のフルスイング出力信号を生成することが可能である。このフルスイング出力信号は、センス増幅器出力ライン４９０から、このセンス増幅器出力ライン４９０に接続されるデータ出力パスへ送られる。
低減電圧スイング式のクロスポイント回路は、クロスバースイッチのバスに過度の負担を負わせることなく、多重データ入力パスを上記クロスバースイッチのバスに接続することを可能にする。上記のような本発明のクロスポイント回路の実施による１つの利点は、クロスバースイッチのバスを通して、データポートからまたはデータポートへの多重データパケットの同時伝送が可能になり、このようなアプローチにより内部ブロッキングを取り除くことができるために、システムの速度が増加することである。さらに、クロスポイント回路２１０は、１つの状態から他の状態へ切り替える際に、ある特定の電圧レベルを達成することを要求する代わりに、充分な電圧差に基づいて低減電圧スイングによる動作を利用することが可能である。このことによって、上記のシステムが、ある１つの状態を他の状態へ切り替える前に低減電圧スイングライン上の電圧レベルが特定の電圧になるのを待つ必要がなくなるので、システムの速度が増加する。上記のような本発明の構想に関する他の利点は、データバス上の低減電圧スイングを利用することでチップ内にて消費される総合的な電力が減少するために、消費電力の節減が図れることである。さらにまた、異なる低減電圧スイング間の電圧差、すなわち、差分電圧に基づいて出力信号を生成したりトリガしたりすることによって、システム動作に悪影響を及ぼすおそれがあるチップ上への供給電力の低下を抑制することが可能になる。
図８は、本発明の一実施例の動作期間中に現れる波形のグラフである。図８の波形は、クロック信号、イネーブル信号、データ信号、Ｖｃｃ１の信号、およびＶｃｃ２の信号が含まれる。クロック信号のある１つの立ち上がり端部では、イネーブル信号が不活性状態になっており、プリチャージ回路４１０の動作が開始する。この結果、Ｖｃｃ１の信号、およびＶｃｃ２の信号は、いずれもＶｃｃの電圧レベルになる。このときに、上記のシステム内に入ってくるデータ信号は、高レベル（“Ｈｉｇｈ”）の状態、すなわち、１の状態になる。イネーブル信号が活性状態になると、プリチャージ回路の動作が停止してオフ状態になる。このときに、データ信号が高レベル（“Ｈｉｇｈ”）の状態になっているので、Ｖｃｃ１の信号は、電界効果トランジスタＭ１およびＭ３を介して、アースレベルになるまで放電することを開始する。これに対し、Ｖｃｃ２の信号は、Ｖｃｃの電圧レベルに保持される。クロック信号の上記立ち上がり端部では、センス増幅器が動作を開始し、Ｖｃｃ１とＶｃｃ１との間の電圧差に基づいて出力信号をトリガしたり生成したりする。
さらに、クロック信号の他の立ち上がり端部に到達したときに、プリチャージ回路の動作が再び開始してオン状態になる。このときに活性状態のイネーブル信号は、じきに不活性状態になる。電圧信号Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２は、再度、Ｖｃｃの電圧レベルに上昇する。このＶｃｃの電圧レベルに上昇する期間中は、データ信号は、低レベル（“Ｌｏｗ”）の状態、すなわち、０の状態に保持することも可能である。イネーブル信号が再び活性状態になると、プリチャージ回路の動作が停止してオフ状態になる。このときに、データ信号が低レベル（“Ｌｏｗ”）の状態になっているので、Ｖｃｃ２の信号は、電界効果トランジスタＭ２およびＭ４を介して、アースレベルになるまで放電することを開始する。これに対し、Ｖｃｃ１の信号は、Ｖｃｃの電圧レベルに保持される。クロック信号の上記立ち上がり端部では、Ｖｃｃ１とＶｃｃ２との間の電圧差に応じてセンス増幅器が再びトリガされる。
これまでは、パケットスイッチング（Packet Switching）の環境の下で本発明を説明してきたが、本発明のシステムおよび方法は、例えば回路スイッチング（Circuit Switching）の環境のような他のスイッチング環境にも適用することが可能である。このような回路スイッチングの環境の下では、スイッチ回路内の競合がないために、バッファ等による緩衝作用（Buffering）は生じない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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