KR100438808B1 - Operator for processing digital signal with low power consumption by using probability distribution of input digital signals - Google Patents

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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0008Arrangements for reducing power consumption
    • H03K19/0016Arrangements for reducing power consumption by using a control or a clock signal, e.g. in order to apply power supply

Abstract

PURPOSE: An operator for processing a digital signal with low power consumption by using probability distribution of input digital signals is provided to output a previously calculated value in case of a predetermined signal by detecting that the input digital signal is the specified signal having a high probability after analyzing the digital input signal. CONSTITUTION: An external input part(10) receives and temporarily stores the digital data. A specified signal detector(12) detects the specified signal by receiving the digital data output from the external input part and outputs a detection result. An internal input part(14) outputs the digital data inputted by responding to the detection result. An operation part(16) receives/operates the data output from the internal input part. An external output part(18) selectively outputs the temporarily stored output of the operation tool or a value corresponding to the specified input as an operation result of the digital data by responding to the detection result.

Description

디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치Low Power Consumption Unit for Digital Signal Processing

본 발명은 연산 장치에 관한 것으로서, 특히, 디지탈 신호 처리 분야에서, 입력되는 디지탈 신호의 확률분포를 이용하여 전력 소비를 줄인 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a computing device, and more particularly, to a low power consumption computing device for digital signal processing which reduces power consumption by using a probability distribution of an input digital signal in the field of digital signal processing.

멀티 미디어 시대에 들어와서, 디지탈 신호 처리 분야에서는 소비 전력이 매우 중요한 항목으로 등장하게 되었다. 이는 열발생과 시스템의 안정성에도 매우 중요한 것이다. 그리고, 시스템의 크기는 날로 증가하여 곱셈기가 수백개에 이르는 시스템도 많이 있다. 그리고, 전자 기기의 이동성 및 휴대화로 인하여 이러한 디지탈 신호 처리 시스템들은 저소비 전력으로 동작하여 하나의 건전지로 보다 오랫동안 사용하는 것이 요구되고 있다. 이동통신등과 같은 곳에서는 저 소비전력이 그 무엇의 성능보다 중요한 항목이 된다.In the age of multimedia, power consumption has become a very important item in the field of digital signal processing. This is also important for heat generation and system stability. And many systems grow in size, with hundreds of multipliers. In addition, due to the mobility and portability of electronic devices, such digital signal processing systems are required to operate at a low power consumption and to be used longer with a single battery. In places such as mobile communication, low power consumption is more important than anything.

종래에 연산장치는 디지탈 입력을 클럭 신호에 응답하여 저장하고, 이를 무작정 계산한다. 그러나, 이는 디지탈 입력신호의 확률분포를 전혀 고려하지 않았기 때문에, 특정 디지탈 입력 패턴이 매우 자주 이용되는 어떠한 시스템에서는 같은 입력에 대해 동일한 동작을 매번 수행하므로서 전력이 낭비되고, 연산 수행 속도가 느려지는 문제점이 있었다.Conventionally, arithmetic units store a digital input in response to a clock signal and calculate it randomly. However, since it does not consider the probability distribution of the digital input signal at all, in some systems where a specific digital input pattern is used very often, power is wasted by performing the same operation for the same input every time, and the operation execution speed is slowed. There was this.

또한, 종래의 연산 장치는 입력과 출력 부분의 동기를 위해 동기화 회로를 이용하기 때문에, 연산장치가 동작할 필요가 없는 경우에 입력이 변하게 되면, 입력 회로의 일부가 동작하여 전력을 필요없이 소비하게 되는 문제점이 있다. 동기화 회로에 대해서는 좀 더 자세하게 후술된다.In addition, since a conventional computing device uses a synchronization circuit for synchronizing the input and output parts, if the input changes when the computing device does not need to operate, a part of the input circuit operates to consume power without need. There is a problem. The synchronization circuit will be described later in more detail.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연산할 디지탈 입력신호를 분석하여 확률적 빈도수가 높은 특정 신호인가를 감지하여, 특정 신호인 경우 미리 계산한 값을 출력하는 디지탈 신호처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a low power consumption computing device for digital signal processing by analyzing the digital input signal to be calculated to detect whether a specific signal having a high probability frequency, and outputs a pre-calculated value in the case of a specific signal To provide.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 파이프 라인 구조를 갖는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a low power consumption type computing device for digital signal processing having a pipeline structure.

도 1은 본 발명에 의한 연산 장치의 블럭도이다.1 is a block diagram of a computing device according to the present invention.

도 2는 종래의 외부 입력부의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a conventional external input unit.

도 3은 본 발명에 의한 외부 입력부의 바람직한 일실시예의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the external input unit according to the present invention.

도 4는 2단 파이프 라인 구조를 갖는 본 발명에 의한 연산 장치의 블럭도이다.4 is a block diagram of a computing device according to the present invention having a two-stage pipeline structure.

도 5는 IDCT에 이용되는 종래의 파이프라인 16비트 곱셈기의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a conventional pipelined 16-bit multiplier used for IDCT.

도 6은 곱셈을 수행하는 본 발명에 의한 저 전력 소비형 연산 장치의 바람직한 일실시예의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a preferred embodiment of a low power consumption type computing device according to the present invention for performing multiplication.

도 7은 비동기식 특정 신호 감지부를 사용하는 저 전력 소모형 연산 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 블럭도이다.7 is a block diagram of a preferred embodiment of the present invention of a low power consumption type computing device using an asynchronous specific signal detector.

도 8는 도 7에 도시된 제X 부 특정 신호 감지부의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 회로도이다.FIG. 8 is a circuit diagram of a preferred embodiment according to the present invention of the X-th specific signal detecting unit shown in FIG. 7.

도 9는 ADPCM의 역 양자화에 사용되는 도 1 또는 도 7에 도시된 외부 출력부의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 회로도이다.FIG. 9 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the present invention of the external output shown in FIG. 1 or 7 used for inverse quantization of ADPCM.

도 10은 ADPCM을 위한 역 양자화부의 입력값, 출력값들 및 입력값의 확률 분포를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating probability distributions of input values, output values, and input values of an inverse quantizer for an ADPCM.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치는, 디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 출력하는 외부 입력 수단과, 상기 외부 입력 수단으로부터 출력되는 상기 디지탈 데이타를 입력하여 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 출력하는 특정 신호 감지 수단과, 상기 외부 입력수단으로부터 상기 감지된 결과에 응답하여 입력한 상기 디지탈 데이타를 출력하는 내부 입력 수단과, 상기 내부 입력 수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하는 연산 수단 및 임시 저장한 상기 연산 수단의 출력이나, 상기 특정 입력에 해당하는 값을 상기 감지된 결과에 응답하여 선택적으로 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력하는 외부 출력 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a low power consumption type computing device for digital signal processing according to the present invention includes an external input means for inputting and temporarily storing digital data and outputting a stored signal, and the digital data output from the external input means. A specific signal sensing means for detecting a specific input by inputting a and outputting a detected result, an internal input means for outputting the digital data input in response to the detected result from the external input means, and the internal input; Arithmetic means for inputting and calculating data output from the means and output of the temporarily stored arithmetic means, or selectively outputting a value corresponding to the specific input as a calculated result of the digital data in response to the detected result It is preferable that it is comprised by the external output means.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치는, 디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 출력하는 외부 입력 수단과, 상기 외부 입력 수단으로부터 출력되는 상기 디지탈 데이타를 입력하여 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 출력하는 특정 신호 감지 수단과, 상기 외부 입력수단으로부터 상기 감지된 결과에 응답하여 입력한 상기 디지탈 데이타를 출력하는 제1내부 입력 수단과, 상기 제1내부 입력 수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하는 제1연산 수단과, 상기 감지된 결과를 지연후에 출력하는 제1지연수단과, 제2∼N(여기서, N은 2이상의 양의 정수) 내부 입력수단들과, 제2∼N 지연수단들과, 제2∼N 연산수단들 및 상기 제N연산수단으로부터 입력한 데이타나, 상기 특정 입력에 해당하는 값을 상기 제N지연수단의 출력에 응답하여 선택적으로 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력하는 외부 출력 수단으로 구성되고, 상기 제N내부 입력수단은 제N-1연산 수단으로부터 제N-1지연수단의 출력에 응답하여 입력한 데이타를 출력하고, 상기 제N연산수단은 제N내부 입력수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하고, 상기 제N지연수단은 제N-1지연수단의 출력을 지연후에 출력하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a low power consumption type computing device for digital signal processing according to the present invention includes an external input means for inputting and temporarily storing digital data and outputting a stored signal, and the digital output from the external input means. Specific signal sensing means for inputting data to detect a specific input and outputting a detected result, first internal input means for outputting the digital data input in response to the detected result from the external input means; First calculation means for inputting and calculating data output from the first internal input means, first delay means for outputting the sensed result after a delay, and second to N (where N is a positive integer of 2 or more) ) Data input from internal input means, second to N delay means, second to N calculation means and the Nth calculation means, And an external output means for selectively outputting a value corresponding to a predetermined input to the calculated result value of the digital data in response to the output of the N-th delay means, wherein the N-th internal input means is N-1 operations. Outputting the input data in response to the output of the N-th delay means from the means, the N-th calculating means inputs and outputs data output from the N-th internal input means, and the N-th delay means is the N-th delay means. It is preferable to output the output of one delay means after a delay.

이하, 본 발명에 의한 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of a low power consumption type computing device for digital signal processing according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 연산 장치의 블럭도로서, 외부 입력부(10), 특정 신호 감지부(12), 내부 입력부(14), 연산부(16) 및 외부 출력부(18)로 구성된다.1 is a block diagram of an arithmetic device according to the present invention, and includes an external input unit 10, a specific signal detection unit 12, an internal input unit 14, an operation unit 16, and an external output unit 18.

도 1에 도시된 외부 입력부(10)는 입력단자 IN을 통해 디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 특정 신호 감지부(12) 및 내부 입력부(14)로 출력한다. 특정 신호 감지부(12)는 외부 입력부(10)로부터 입력한 디지탈 데이타가 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 내부 입력부(14) 및 외부 출력부(18)의 제어신호로서 출력한다. 내부 입력부(14)는 외부 입력부(10)로부터 감지된 결과에 응답하여 입력한 디지탈 데이타를 연산부(16)로 출력하거나 이전 출력값을 그대로 유지하게 된다. 즉, 내부 입력부(14)에 의해서 연산부(16)로 출력되는 데이타의 값이 감지된 결과에 응답하여 변화하게 된다.The external input unit 10 shown in FIG. 1 inputs and temporarily stores digital data through the input terminal IN, and outputs the stored signals to the specific signal detection unit 12 and the internal input unit 14. The specific signal detector 12 detects whether the digital data input from the external input unit 10 is a specific input, and outputs the detected result as a control signal of the internal input unit 14 and the external output unit 18. The internal input unit 14 outputs the input digital data to the operation unit 16 in response to the result detected by the external input unit 10 or maintains the previous output value. That is, the value of the data output to the calculator 16 by the internal input unit 14 changes in response to the detected result.

연산부(16)는 내부 입력부(14)로부터 입력한 데이타를 연산하고, 연산된 값을 외부 출력부(18)로 출력한다. 외부 출력부(18)는 연산부(16)로부터 입력한 연산된 값이나, 특정 입력에 해당하는 미리 계산된 값을 감지된 결과에 응답하여 선택적으로 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력단자 OUT를 통해 출력한다.The calculation unit 16 calculates data input from the internal input unit 14, and outputs the calculated value to the external output unit 18. The external output unit 18 outputs a calculated value input from the calculator 16 or a pre-computed value corresponding to a specific input in response to the detected result and optionally through the output terminal OUT as a calculated result of digital data. Output

예를 들어, MPEG(Moving Picture Expert Group)과 같은 영상 신호 재생 분야의 IDCT(Inverse Discrete Consine Transform)에서는 많은 행렬 곱셈이 수행된다. 여기서, 많은 연산들이 '0'을 곱하는 것인데, 종래의 곱셈기를 이용하여 이러한 연산을 수행한다면, 많은 회로 노드들이 동작을 수행하게 되어, 전력이 많이 소비되는 문제점이 있었다.For example, many matrix multiplications are performed in the Inverse Discrete Consine Transform (IDCT) in the field of video signal reproduction such as a moving picture expert group (MPEG). Here, many operations are multiplied by '0', and if the operation is performed using a conventional multiplier, many circuit nodes perform an operation, which causes a lot of power consumption.

그러나, 본 발명에 의한 연산 장치에 의해 이러한 곱셈 동작을 수행하게 될 경우를 다음과 같이 설명한다.However, a case where such a multiplication operation is performed by the computing device according to the present invention will be described as follows.

도 1에 도시된 특정 신호 감지부(12)는 입력단자 1N을 통해 입력하여 외부 입력부(10)에 임시 저장된 데이타를 입력하여 특정 입력(예를 들어 IDCT의 경우에는 특정 입력이 '0'이다)인가를 감지하고, 만일, 특정 입력일 경우, 내부 입력부(14)에서 연산부(16)로 출력되는 데이타가 변하지 않도록 내부 입력부(14)를 제어하는 한편, 특정 입력에 해당하는 미리 계산된 결과값이 출력단자 OUT를 통해 출력되도록 외부 출력부(18)를 제어한다. 그러므로, 연산부(16)에서의 동적 소비 전력은 전혀 없게 된다.The specific signal detector 12 shown in FIG. 1 inputs data temporarily stored in the external input unit 10 through the input terminal 1N to input a specific input (for example, in the case of IDCT, the specific input is '0'). If it is a specific input, the internal input unit 14 is controlled so that the data output from the internal input unit 14 to the calculation unit 16 is not changed, and a pre-calculated result value corresponding to the specific input is output. The external output unit 18 is controlled to be output through the terminal OUT. Therefore, there is no dynamic power consumption at the calculating section 16 at all.

MPEG의 경우, 실제로 IDCT의 입력을 조사해 보면, 30% 이상이 특정 입력 '0'을 가지고 있으며, 많은 경우에는 50%에 이를 때도 있으므로, 본 발명에 의한 연산장치를 이용하면 전력 소비를 상당히 줄일 수 있다. 예컨데, 연산부(16)에 신호선들의 값이 변하지 않으므로, 만일, 연산부(16)가 CMOS로 구성되어 있을 때, 전력 소모를 상당히 줄일 수 있게 된다. 왜냐하면, CMOS회로의 전력 소비는 신호의 값이 변화될 때 일어나는 동적 소비 전력이 대부분이기 때문이다. 또한, 특정 입력을 감지하여 해당하는 출력을 빠르게 발생시키므로 시스템의 평균 수행속도가 향상되게 된다.In the case of MPEG, when looking at the input of IDCT, more than 30% has a specific input '0' and in many cases 50%, the power consumption can be considerably reduced by using the computing device according to the present invention. have. For example, since the value of the signal lines in the calculator 16 does not change, it is possible to considerably reduce power consumption when the calculator 16 is configured in CMOS. This is because the power consumption of the CMOS circuit is most of the dynamic power consumption that occurs when the value of the signal changes. In addition, by detecting a specific input to generate a corresponding output quickly, the average performance of the system is improved.

도 2는 종래의 외부 입력부(10)의 회로도로서, 종래에는 동기식 방법을 이용하여, 입력단자 IN을 통해 디지탈 데이타를 입력하였다. 즉, 입력단자 IN을 통해 입력한 데이타와 D플립플롭(22)의 출력을 연산이 필요할 경우 "고" 논리 레벨로 인에이블되는 인에이블 신호(ENABLE)에 응답하여 선택적으로 출력하는 MUX(20) 및 클럭 신호(CLOCK)를 클럭 입력하고, MUX(20)로부터 출력되는 신호를 데이타(D) 입력하여 정출력(Q)을 출력단자 OUT를 통해 MUX(20) 및 해당 부로 출력하는 D플립플롭(22)으로 구성된다.2 is a circuit diagram of a conventional external input unit 10. In the related art, digital data is input through the input terminal IN using a synchronous method. That is, the MUX 20 selectively outputs the data input through the input terminal IN and the output of the D flip-flop 22 in response to an enable signal ENABLE enabled at a "high" logic level when a calculation is required. And a D flip-flop that clocks the clock signal CLOCK, inputs the signal output from the MUX 20, and inputs the data D to output the positive output Q to the MUX 20 and the corresponding unit through the output terminal OUT. 22).

그러므로, 실제로 연산이 필요하지 않는 시점 즉, 인에이블 신호(ENABLE)가 "저" 논리 레벨인 시점에서도 클럭이 여러 노드의 값을 변화시키므로 전력 소비가 발생하게 된다. 또한, MUX(20)에 의한 입력 부분의 커패시턴스가 증가하여 전력 소비가 증가하게 된다.Therefore, even when the operation is not actually required, that is, when the enable signal ENABLE is at a "low" logic level, power consumption occurs because the clock changes values of several nodes. In addition, the capacitance of the input portion by the MUX 20 increases, resulting in increased power consumption.

도 3은 본 발명에 의한 외부 입력부(10)의 바람직한 일실시예의 회로도로서, 연산이 필요한 경우 "고" 논리 레벨로 인에이블되는 인에이블 신호(ENABLE)와 클럭 신호(CLOCK)를 논리곱하여 출력하는 AND 게이트(40) 및 AND 게이트(40)의 출력을 클럭 입력하고, 입력단자 IN을 통해 입력되는 디지탈 데이타를 데이타 입력하여, 정출력(Q)을 출력단자 OUT를 통해 특정 신호 감지부(12) 및 내부 입력부(14)로 출력하는 D플립플롭(42)으로 구성된다.FIG. 3 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the external input unit 10 according to the present invention. When an operation is required, a logic product of an enable signal ENABLE and a clock signal CLOCK, which are enabled at a "high" logic level, is output. The input signal of the AND gate 40 and the AND gate 40 is clocked, the digital data input through the input terminal IN is inputted, and the constant output Q is output to the specific signal detection unit 12 through the output terminal OUT. And a D flip-flop 42 which outputs to the internal input unit 14.

도 3에 도시된 게이트에 의한 클럭(gated clock) 방식을 채택한 외부 입력부(10)를 사용할 경우, D플립플롭(42)의 클럭 신호는 항상 인에이블 신호(ENABLE)가 '1'인 경우에만 입력되므로, 연산이 필요하지 않는 시점에서 전류를 보다 적게 흐르게 하여, 소비 전력을 줄임과 동시에 MUX(20)가 필요하지 않게 되므로 회로의 크기가 줄어들게 된다.When the external input unit 10 adopting the gated clock method shown in FIG. 3 is used, the clock signal of the D flip-flop 42 is always input only when the enable signal ENABLE is '1'. As a result, the current flows less at the time when no operation is required, thereby reducing power consumption and reducing the size of the circuit since the MUX 20 is not required.

이하, 본 발명에 의한 2단 파이프 라인 구조를 갖는 저전력 소비형 연산 장치의 동작 및 구성을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the operation and configuration of a low power consumption type computing device having a two-stage pipeline structure according to the present invention will be described as follows.

도 4는 2단 파이프 라인 구조를 갖는 본 발명에 의한 연산 장치의 블럭도로서, 외부 입력부(60), 특정 신호 감지부(62), 제1내부 입력부(64), 제1연산부(66), 제1지연부(68), 제2내부 입력부(70), 제2연산부(72), 제2지연부(74) 및 외부 출력부(76)로 구성된다.4 is a block diagram of a computing device according to the present invention having a two-stage pipeline structure, wherein the external input unit 60, the specific signal detection unit 62, the first internal input unit 64, the first operation unit 66, The first delay unit 68, the second internal input unit 70, the second operation unit 72, the second delay unit 74 and the external output unit 76.

도 4에 도시된 외부 입력부(60)는 입력단자 IN을 통해 디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 특정 신호 감지부(62) 및 제1내부 입력부(64)로 출력한다. 특정 신호 감지부(62)는 도 1에 도시된 특정 신호 감지부(12)와 동일한 동작을 수행하며, 외부 입력부(60)로부터 출력되는 디지탈 데이타를 입력하여 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 제1내부 입력부(64) 및 제1지연부(68)로 출력한다.The external input unit 60 shown in FIG. 4 inputs and temporarily stores digital data through the input terminal IN, and outputs the stored signal to the specific signal detection unit 62 and the first internal input unit 64. The specific signal detection unit 62 performs the same operation as the specific signal detection unit 12 shown in FIG. 1, inputs digital data output from the external input unit 60, and detects whether the specific signal is input. Is output to the first internal input unit 64 and the first delay unit 68.

제1내부 입력부(64)는 외부 입력부(60)로부터 감지된 결과에 응답하여 입력한 디지탈 데이타를 제1연산부(66)로 출력하고, 제1연산부(66)는 제1내부 입력부(64)로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하는 기능을 수행한다.The first internal input unit 64 outputs the input digital data to the first operation unit 66 in response to the result detected by the external input unit 60, and the first operation unit 66 from the first internal input unit 64. Performs a function of inputting and outputting data.

한편, 제1지연부(68)는 감지된 결과를 소정 클럭 주기 만큼 지연후에 제2내부 입력부(70) 및 제2지연부(74)로 출력하고, 제2지연부(74)는 제1지연부(68)에서 소정 클럭 주기 만큼 지연된 감지된 결과를 다시 소정 클럭 주기 만큼 지연후에 외부 출력부(76)로 출력한다. 이 때, 각 지연부의 소정 클럭 주기 만큼의 지연 시간은 각 연산부의 연산 시간보다 최소한 커야 한다.Meanwhile, the first delay unit 68 outputs the detected result to the second internal input unit 70 and the second delay unit 74 after a delay by a predetermined clock period, and the second delay unit 74 receives the first delay. The detected result delayed by the predetermined clock period by the unit 68 is again outputted to the external output unit 76 after the delayed by the predetermined clock period. At this time, the delay time by the predetermined clock period of each delay unit should be at least greater than the computation time of each operation unit.

제2내부 입력부(70)는 제1지연부(68)의 출력에 응답하여 입력한 제1연산부(66)에서 연산된 데이타를 제2연산부(72)로 출력하고, 제2연산부(72)는 입력한 데이타를 연산하여 외부 출력부(76)로 출력한다.The second internal input unit 70 outputs data calculated by the first operation unit 66 input in response to the output of the first delay unit 68 to the second operation unit 72, and the second operation unit 72 The input data is calculated and output to the external output unit 76.

외부 출력부(76)는 도 1에 도시된 외부 출력부(18)와 동일한 동작을 수행한다. 즉, 제2연산부(72)로부터 입력한 데이타나, 특정 입력에 해당하는 값을 제2지연부(74)에서 소정 클럭 주기 만큼 지연된 감지된 결과에 응답하여 선택적으로 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력단자 OUT를 통해 출력한다.The external output unit 76 performs the same operation as the external output unit 18 shown in FIG. That is, in response to the detected data delayed by the second delay unit 74 by a predetermined clock period, the data input from the second operation unit 72 or the value corresponding to the specific input may be selectively calculated as the calculated result value of the digital data. Output through output terminal OUT.

이상에서, 2단 파이프 라인 구조를 갖는 저전력 소비형 연산 장치를 설명하였으나, 본 발명에 의한 저전력 소비형 연산 장치는 다단 파이프 라인 구조로 구현될 수 있다. 예컨데, 3단 파이프 라인 구조를 갖는 저전력 소비형 연산 장치는 제3내부 입력부(미도시) 및 제3연산부(미도시)가 제2연산부(72)와 외부 출력부(76) 사이에 직렬 연결되고, 제3지연부가 제2지연부(74)와 외부 출력부(76) 사이에 연결될 수 있다.In the above, the low power consumption computing device having a two-stage pipeline structure has been described, but the low power consumption computing device according to the present invention may be implemented in a multi-stage pipeline structure. For example, a low power consumption computing device having a three-stage pipeline structure includes a third internal input unit (not shown) and a third operation unit (not shown) connected in series between the second operation unit 72 and the external output unit 76. The third delay unit may be connected between the second delay unit 74 and the external output unit 76.

도 5는 IDCT에 이용되는 종래의 파이프라인 16비트 곱셈기의 회로도로서 4단 파이프 라인 구조로 되어 있고, 입력부(80)를 구성하는 다수개의 멀티플렉서들 및 다수개의 D플립플롭들과, 연산부(84), 출력부(86)를 구성하는 다수개의 D플립플롭들 및 상태신호 발생부(88)를 구성하는 5개의 플립플롭들로 구성된다.FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional pipeline 16-bit multiplier used in IDCT and has a four-stage pipeline structure. The multiplexers and multiple D flip-flops constituting the input unit 80 and the operation unit 84 are shown in FIG. , A plurality of D flip-flops constituting the output unit 86 and five flip-flops constituting the state signal generator 88.

도 5에 도시된 곱셈기는 입력단자 INA 및 INB를 통해 입력한 데이타를 곱셈하여 출력단자 OUT1을 통해 출력하는 기능을 한다. 이를 위해, 입력부(80)의 각 멀티플렉서는 입력단자 INA 또는 INB를 통해 입력된 데이타 및 해당 D플립플롭으로부터 입력한 데이타를 ENABLE신호에 응답하여 선택적으로 해당 D플립플롭으로 출력한다. 입력부(80)는 데이타를 입력하여 연산부(84)로 출력하며, 연산부(84)는 입력부(80)로부터 입력한 데이타를 곱셈한다. 곱셈이 수행된 데이타는 출력부(86)의 해당 플립플롭으로 출력되며, 해당 플립플롭에 저장된 데이타는 출력단자 OUT1을 통해 출력된다. 이 때, 상태 신호 발생부(88)는 출력단자 OUT1을 통해 출력되는 데이타가 연산된 최종 결과값인가를 나타내는 상태신호를 출력단자 OUT2를 통해 출력한다.The multiplier shown in FIG. 5 functions to multiply the data input through the input terminals INA and INB and output the result through the output terminal OUT1. To this end, each multiplexer of the input unit 80 selectively outputs data input through the input terminal INA or INB and data input from the corresponding D flip-flop to the corresponding D flip-flop in response to the ENABLE signal. The input unit 80 inputs data and outputs the data to the operation unit 84, and the operation unit 84 multiplies the data input from the input unit 80. The multiplied data is output to the corresponding flip-flop of the output unit 86, and the data stored in the flip-flop is output through the output terminal OUT1. At this time, the state signal generating unit 88 outputs a state signal indicating whether the data output through the output terminal OUT1 is the calculated final result value through the output terminal OUT2.

도 6은 곱셈을 수행하는 본 발명에 의한 저 전력 소비형 연산 장치의 바람직한 일실시예의 회로도로서, 4단 파이프 라인 구조로 되어 있고, 외부 입력부(100)를 구성하는 다수개의 플립플롭들과 게이트들, 특정 신호 감지부(102)를 구성하는 게이트들과 플립플롭들, 제1, 2, 3 및 4지연수단들(103, 104, 106 및 110), 내부 입력부(미도시)를 포함하는 연산부(108) 및 외부 출력부(112)를 구성하는 게이트들과 플립플롭들로 구성된다. 여기서, 연산부(108)는 적어도 하나의 내부 입력부 및 그 만큼의 연산기들을 포함하고 있다. 또한, 레지스터의 형태는 래치가 아닌 플립플롭을 이용하였다. 그리고, 최대 100MHz 이상에서 동작할 수 있도록 스테이지 수를 4로 하였다.FIG. 6 is a circuit diagram of a preferred embodiment of a low power consumption computing device according to the present invention for performing multiplication, and has a four-stage pipeline structure and includes a plurality of flip-flops and gates constituting an external input unit 100. A calculation unit including gates and flip-flops, first, second, third and fourth delay means 103, 104, 106 and 110 constituting the specific signal detector 102, and an internal input unit (not shown) 108 and the flip-flops and the gates constituting the external output 112. Here, the calculation unit 108 includes at least one internal input unit and as many calculators. In addition, the type of register used flip-flop rather than latch. In addition, the number of stages was set to 4 to operate at the maximum 100MHz or more.

도 6에 도시된 연산 장치는 특정 입력 '0'을 감지하는 파이프라인 곱셈기이며, 외부 입력부(100)에 입력되는 두개의 데이타 중 하나의 피연산자라도 '0'이면, 곱셈의 결과는 '0'이 된다. 그 외부 입력부(100)는 인에이블 신호(ENABLE) 및 클럭 신호(CLOCK)가 모두 '1'인 경우, 입력단자 INA 및 INB를 통해 곱셈할 두 수를 각각 입력한다. 특정 신호 감지부(102)는 입력한 두 데이타중 하나라도 '0'이면, "저" 논리 레벨의 제어 신호를 연산부(108)의 내부 입력부(미도시)로 출력하여, 연산기가 연산을 하지 않도록 한다. 연산부(108)내에, 연산기의 입력값이 변하지 않으므로, 연산기는 동작하지 않을 것이고, 그 결과 전력 소비가 줄어들게 되며, 외부 출력부(112)에서는 특정 입력에 대한 출력 신호인 '0'이 출력단자 OUT1을 통해 출력된다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 특정 신호 감지부(102)의 출력이 외부 출력부(112)의 해당 플립플롭의 리셋 단자에 연결되어 있다.The computing device shown in FIG. 6 is a pipeline multiplier for detecting a specific input '0', and if any operand of two data input to the external input unit 100 is '0', the multiplication result is '0'. do. When the enable signal ENABLE and the clock signal CLOCK are both '1', the external input unit 100 inputs two numbers to be multiplied through the input terminals INA and INB, respectively. If any one of the two inputted data is '0', the specific signal detector 102 outputs a control signal having a "low" logic level to an internal input unit (not shown) of the calculator 108 so that the operator does not operate. do. In the calculator 108, since the input value of the calculator does not change, the calculator will not operate, and as a result, the power consumption will be reduced. In the external output 112, the output signal '0' for a specific input is output terminal OUT1. Is output via For this purpose, as shown in FIG. 6, the output of the specific signal detecting unit 102 is connected to the reset terminal of the corresponding flip-flop of the external output unit 112.

한편, 출력단자 OUT1을 통해 출력되는 신호가 유효한 신호인가 그렇지 않은가를 나타내는 유효신호(valid signal)가 출력단자 OUT2를 통해 출력된다. 도 6에 도시된 연산 장치는 도 5에 도시된 연산 장치와 달리, 게이트된 클럭(gated clock)을 이용하고 있으며, 특정 입력 '0'을 감지하는 특정 신호 감지부(102)가 있다.On the other hand, a valid signal indicating whether or not the signal output through the output terminal OUT1 is a valid signal is output through the output terminal OUT2. Unlike the arithmetic device shown in FIG. 5, the arithmetic device shown in FIG. 6 uses a gated clock and has a specific signal detector 102 that detects a specific input '0'.

도 5에 도시된 연산장치와 도 6에 도시된 연산 장치의 각 내부 연산부의 구성 및 동작이 서로 같다고 할 때, 두 연산 장치들을 비교하면, 회로의 크기에 있어서, 도 5에 도시된 연산 장치보다 도 6에 도시된 본 발명에 의한 연산 장치가 적었으며, 이는 게이티드 클럭 방식을 채택하여 입력부분의 멀티플렉서 부분이 간단하게 되었기 때문이다. 또한, 다음과 같이 데이타가 입력되는 4가지의 경우별로 두 곱셈기들을 비교하면,When the configuration and operation of the internal arithmetic units of the arithmetic unit shown in FIG. 5 and the internal arithmetic units of the arithmetic unit shown in FIG. 6 are the same, comparing the two arithmetic units, the circuit size is larger than that of the arithmetic unit shown in FIG. There are few arithmetic units according to the present invention shown in FIG. 6 because the multiplexer portion of the input portion is simplified by adopting a gated clock scheme. In addition, if the two multipliers are compared for each of the four cases where data is input as follows,

경우 1. 두개의 입력 데이타중에 '0'이 없는 경우, 종래의 연산 장치나 본 발명에 의한 연산 장치나 동일하게 동작하며, 소비 전력도 비슷하다. 즉, 본 발명에 의한 곱셈 기능을 수행하는 연산 장치는 제어부분에서 약 2%의 미미한 전력 증가를 나타낸다. 하지만, 이는 무시할 수 있을 정도의 것이며, 일반적으로 IDCT에서 한번도 '0'이 입력되지 않는 경우는 거의 없다.Case 1. When there is no '0' in two input data, the conventional computing device or the computing device according to the present invention operates in the same manner, and the power consumption is similar. That is, the computing device performing the multiplication function according to the present invention shows a slight power increase of about 2% in the control part. However, this is negligible, and in general, rarely '0' is never input in IDCT.

경우 2. 두개의 입력 데이타중에 '0'이 하나도 없으나, 연산이 필요한 경우와 필요없는 경우, 본 발명에 의한 연산 장치는 게이트 클럭(gated clock) 방식을 사용하였으므로, 약 15%의 소비 전력의 감소가 있었다. 이는 약 80% 정도 연산 장치가 동작하는 경우를 실험한 경우이지만, 대부분의 경우에 연산 장치의 동작 시간은 시스템 동작 시간에 비해 10%정도도 되지 않는다. 그러므로, 실제의 경우에 더욱 높은 소비 전력 감소를 기대할 수 있다.Case 2. If none of the two input data is '0', but the operation is required or not required, the computational device according to the present invention uses a gated clock method, which reduces the power consumption by about 15%. There was. This is a case where the computing device operates about 80%, but in most cases the operating time of the computing device is less than 10% compared to the system operating time. Therefore, higher power consumption reduction can be expected in practical cases.

경우 3. 두개의 입력 데이타중 적어도 하나가 '0'일 확률이 100%인 경우, 본 발명에 의한 연산 장치의 소비 전력이 종래의 연산 장치에 비해 소비 전력이 약 80% 정도 감소되는 것을 보였다. 즉, 두개의 입력 데이타중 적어도 하나가 '0'인 경우에는 그렇지 않을 경우에 비해 80%의 소비 전력을 줄일 수 있음을 보인다.Case 3. When the probability that at least one of the two input data is '0' is 100%, the power consumption of the computing device according to the present invention is reduced by about 80% compared to the conventional computing device. That is, when at least one of the two input data is '0', it is shown that the power consumption of 80% can be reduced as compared with otherwise.

경우 4. 두개의 입력 데이타중 적어도 하나가 '0'일 확률이 26% 정도인 경우, 본 발명에 의한 연산 장치는 26% 정도의 소비 전력 감소가 있었다. 경우 3의 결과 80% 에 26%를 곱하면, 약 20%의 소비 전력 감소가 예상되지만, 입력 부분의 게이티드 클럭 방식에 의한 것 등에 의해 26%의 소비 전력 감소가 생긴 것이다.Case 4. When the probability that at least one of the two input data is '0' is about 26%, the computing device according to the present invention has a power consumption reduction of about 26%. In case 3, multiplying 80% by 26% is expected to reduce power consumption by about 20%, but the power consumption is reduced by 26% due to the gated clock method of the input.

이상에서 살펴본 소비 전력 감소는 MPEG이나 기타, 영상 압축 응용(image compression application) 분야에서의 IDCT 경우, 입력 데이타의 40% 가량이 '0'인 것을 고려하면 더 많이 감소할 것으로 예상된다.The reduction in power consumption described above is expected to decrease even more when considering that 40% of the input data is '0' in the case of an IDCT in an MPEG or other image compression application field.

본 출원인은 다음과 같은 조건하에서 표 1과 같이 도 5에 도시된 연산 장치와 도 6에 도시된 연산 장치를 비교하였다.Applicant compared the computing device shown in FIG. 5 with the computing device shown in FIG. 6 as shown in Table 1 under the following conditions.

조건으로서, 사용한 연산 장치들은 4 단 파이프 라인 구조로 된 16 비트 × 16비트 곱셈기이고, 시뮬레이션 주파수는 50MHz, 동작 조건은 5볼트, 설계 라이브러리는 TGC2000(Texas Instrument 0.65㎛ CMOS GateArray)를 사용하였고, 시뮬레이션 방법은 게이트 레벨 시뮬레이션 방법을 채택하였다.As a condition, the computing devices used were a 16-bit × 16-bit multiplier with a four-stage pipeline structure, a simulation frequency of 50 MHz, an operating condition of 5 volts, and a design library using TGC2000 (Texas Instrument 0.65 μm CMOS GateArray). The method adopted the gate level simulation method.

구 분division 종래의 곱셈기Conventional multiplier 본 발명의 곱셈기Multiplier of the Invention 비 고Remarks 크 기(gates)Gates 46304630 45594559 98.47%98.47% 전력소비(경우 1)Power consumption (case 1) 114.9298㎽114.9298 yen 117.2804㎽117.2804㎽ 102.06%102.06% 전력소비(경우 2)Power consumption (case 2) 102.1868㎽102.1868㎽ 87.1953㎽87.1953㎽ 85.33%85.33% 전력소비(경우 3)Power consumption (case 3) 64.4483㎽64.4483 yen 13.4930㎽13.4930 yen 20.94%20.94% 전력소비(경우 4)Power consumption (case 4) 93.7079㎽93.7079㎽ 69.7808㎽69.7808㎽ 74.47%74.47%

여기서, 비고는 본 발명의 연산 장치의 해당값을 종래의 연산 장치의 해당값으로 나눈 백분율을 나타낸다.Here, remarks represent the percentage obtained by dividing the corresponding value of the computing device of the present invention by the corresponding value of the conventional computing device.

한편, 도 1에 도시된 특정 신호 감지부(12)는 외부 입력부(10)로부터 입력한 디지탈 입력 신호가 특정 신호인가를 비동기식(self-timed) 방법에 의해 다음과 같이 감지할 수 있다.Meanwhile, the specific signal detector 12 illustrated in FIG. 1 may detect whether the digital input signal input from the external input unit 10 is a specific signal by using a self-timed method as follows.

도 7은 비동기식 특정 신호 감지부를 사용하는 저 전력 소모형 연산 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 블럭도로서, AND 게이트(160) 및 D 플립플롭(162)으로 구성되는 외부 입력부(140), 제1 ∼ 제N+1 부 특정 신호 감지부들(164, 166, ... 및 170) 및 AND 게이트(168)로 구성되는 특정 신호 감지부(142), 내부 입력부(144), 연산부(146), 외부 출력부(148) 및 AND 게이트(150)로 구성된다.FIG. 7 is a block diagram of a preferred embodiment of the present invention of a low power consumption type computing device using an asynchronous specific signal detector, comprising: an external input 140 comprising an AND gate 160 and a D flip-flop 162; The specific signal detecting unit 142, the internal input unit 144, and the calculating unit 146 including the first to N-th sub-specific signal detecting units 164, 166,..., And 170 and the AND gate 168. And an external output unit 148 and an AND gate 150.

도 7에 도시된 외부 입력부(140)는 도 3에 도시된 회로의 집합체이다. 즉, AND 게이트(40)에 해당하는 AND 게이트(160)와 D플립플롭(42)에 해당하는 D플립플롭(162)으로 구성되어 게이티드 방식에 의해 디지탈 데이타를 입력한다.The external input unit 140 shown in FIG. 7 is a collection of circuits shown in FIG. That is, the AND gate 160 corresponding to the AND gate 40 and the D flip-flop 162 corresponding to the D flip-flop 42 are used to input digital data by a gated method.

특정 신호 감지부(142)의 제1 ∼ 제N(여기서, N은 1이상의 정수) 부 특정 신호 감지부들(164, ... 166)중 제X(1≤X≤N) 부 특정 신호 감지부는 외부 입력부(140)로부터 입력한 디지탈 데이타를 AND 게이트(160)의 출력에 응답하여 비동기 방식으로 N개의 특정 입력(들)중 해당하는 특정 입력에 상응하는 논리 조합하고, 논리 조합한 결과들을 제X 감지된 결과(Ax) 및 제X 감지 종료 신호(Cx)로서 출력한다. 여기서, 제X 감지된 결과는 감지한 디지탈 데이타가 특정 신호인가를 나타내는데, 특정 신호가 아니면 '1'이 되고, 특정 신호이거나 감지 종료가 이루어지지 않았을 때 '0'의 값을 가진다. 제X 감지 종료 신호는 디지탈 데이타가 특정 신호인가를 감지하는 것이 종료되었는가를 나타낸다.X (1≤X≤N) sub-specific signal detection unit of the first to Nth (where N is an integer greater than or equal to 1) sub-specific signal detection units 164, ... 166 of the specific signal detection unit 142. In response to the output of the AND gate 160, the digital data inputted from the external input unit 140 is logically combined corresponding to the corresponding specific input among the N specific input (s), and the results of the logical combination X are obtained. The detection result Ax and the X-th detection end signal Cx are output. Herein, the X-th detected result indicates whether the sensed digital data is a specific signal. If the detected digital data is not a specific signal, the result is '1' and has a value of '0' when the detection or the end of detection is not performed. The X-th detection end signal indicates whether the sensing of whether the digital data is a specific signal has ended.

이 때, 제1 ∼ 제N 부 특정 신호 감지부들(164, ... 및 166)로부터 출력되는 제1 ∼ 제N 감지된 결과들은 외부 출력부(148)로 출력된다. 한편, AND 게이트(168)는 제1 ∼ 제N 감지 종료 신호들을 논리곱하고, 논리곱한 결과를 제N+1 부 특정 신호 감지부(170)로 출력한다. 제N+1 부 특정 신호 감지부(170)는 제1 ∼ 제N 감지된 결과들을 AND 게이트(168)의 출력에 응답하여 비동기 방식으로 논리조합하고, 논리 조합한 결과를 제N+1 감지된 결과(AN+1)로서 내부 입력부(144) 및 외부 출력부(148)로 출력한다. 이 때, 내부 입력부(144)는 외부 입력부(140)로부터 출력되는 디지탈 데이타를 제N+1 감지된 결과(AN+1)에 응답하여 입력하고, 입력한 데이타를 연산부(146)로 출력한다. 그러므로, 오동작에 의해 특정 신호 감지부(12)로부터 감지된 결과가 잘못 출력되어 내부 입력부(14)가 외부 입력부(10)로부터 디지탈 데이타를 받지 않을 상황에서 받는 것을 방지할 수 있다.At this time, the first to Nth detected results output from the first to Nth specific signal detection units 164,..., And 166 are output to the external output unit 148. Meanwhile, the AND gate 168 ANDs the first to N-th sensing termination signals, and outputs the result of the AND to the N + 1 sub-specific signal detecting unit 170. The N + 1th sub-signal detecting unit 170 logically combines the first through Nth sensed results in response to the output of the AND gate 168, and generates the N + 1th sensed result of the logic combination. The result is output to the internal input unit 144 and the external output unit 148 as the result A N + 1 . At this time, the internal input unit 144 inputs the digital data output from the external input unit 140 in response to the N + 1 detected result A N + 1 , and outputs the input data to the operation unit 146. . Therefore, it is possible to prevent the internal input unit 14 from receiving the digital data from the external input unit 10 in a situation in which the result detected by the specific signal detection unit 12 due to a malfunction is incorrectly output.

한편, 외부 출력부(148)는 연산부(146)에서 연산된 결과 또는 특정 입력에 상응하는 연산값을 제1 ∼ 제N+1 감지된 결과들(A1, ... AN및 AN+1)에 응답하여 출력단자 OUT를 통해 선택적으로 출력한다.On the other hand, the external output unit 148 detects the results A1, ... A N and A N + 1 that are calculated by the operation unit 146 or the first to N + 1th detection values corresponding to a specific input. Outputs selectively through the output terminal OUT.

전술한 바와 같이, 감지해야할 특정 신호가 다수개 있고, 다수개의 특정 신호들 각각에 대한 연산값들이 모두 다를 때, 도 7에 도시된 바와 같이 특정 신호 감지부(142)에 다수개의 부 특정 신호 감지부들이 존재한다. 그러나, 감지해야할 특정 신호들이 다수개 있어도 다수개의 특정 신호들에 대한 연산값이 동일하거나, 감지해야할 특정 신호가 한개만 있다면, 특정 신호 감지부(142)에는 부 특정 신호 감지부가 한개만 존재한다. 이 때, 한개의 부 특정 신호 감지부는 외부 입력부(140)로부터 입력한 디지탈 데이타를 AND 게이트(160)의 출력에 응답하여 비동기 방식으로 특정 입력에 상응하는 논리 조합하고, 논리 조합한 결과를 감지된 결과로서 내부 입력부(144) 및 외부 출력부(148)로 출력한다.As described above, when there are a plurality of specific signals to be sensed and the calculation values for each of the plurality of specific signals are all different, the plurality of sub-specific signals are detected by the specific signal detector 142 as shown in FIG. 7. There are wealth. However, even if there are a plurality of specific signals to be detected, if the operation values for the plurality of specific signals are the same or if there is only one specific signal to be detected, there is only one sub-specific signal detection unit in the specific signal detection unit 142. At this time, one sub-specific signal detection unit detects the result of the logical combination of the digital data input from the external input unit 140 corresponding to the specific input in an asynchronous manner in response to the output of the AND gate 160. As a result, it is output to the internal input unit 144 and the external output unit 148.

도 8는 도 7에 도시된 제X 부 특정 신호 감지부의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 회로도로서, PMOS 트랜지스터들(P1 및 P2), NMOS 트랜지스터(N1), NAND 게이트(188), 제1 및 제2 논리 조합부(184 및 186)로 구성되는 차동 직렬 전압 스위치 논리부(DCVSL:Differential Cascode Voltage Switch Logic)(180) 및 AND 게이트(182)로 구성된다.FIG. 8 is a circuit diagram of an exemplary embodiment according to the present invention of the X-th specific signal detecting unit shown in FIG. 7, wherein the PMOS transistors P1 and P2, the NMOS transistor N1, the NAND gate 188, the first and A differential series voltage switch logic (DCVSL) 180 and an AND gate 182 constituted of the second logic combination units 184 and 186.

도 8에 도시된 DCVSL은 스탠포드 대학의 'Teresa H. Meng'에 의해 'SYNCHRONIZATION DESIGN FOR DIGITAL SYSTEMS'라는 제목으로 출간된 책의 26쪽부터 28쪽에 설명되어 있다.DCVSL illustrated in FIG. 8 is described on pages 26 to 28 of a book published under the title 'SYNCHRONIZATION DESIGN FOR DIGITAL SYSTEMS' by 'Teresa H. Meng' of Stanford University.

즉, 도 8에 도시된 PMOS 트랜지스터들(P1 및 P2)은 도 7에 도시된 AND 게이트(160)의 출력인 인에이블 신호(ENA)에 응답하여 온/오프되고, NMOS 트랜지스터(N1)는 초기 상태에서 "저" 논리 레벨로 입력되는 인에이블 신호(ENA)에 응답하여 PMOS 트랜지스터들(P1 및 P2)이 온/오프될 때 오프/온된다. NAND 게이트(188)는 제1 및 제2 논리 조합부들(184 및 186)의 출력을 반전 논리곱하고, 반전 논리곱한 결과를 제X 감지 종료 신호(Cx)로서 출력한다. AND 게이트(182)는 제1 논리 조합부(184)의 출력을 반전한 값과 제2 논리 조합부(186)의 출력을 논리곱하여 제X 감지된 결과(Ax)로서 출력한다. 한편, 제1 및 제2 논리 조합부들(184 및 186)은 인에이블 신호(ENA)에 응답하여 인에이블되어, 도 7에 도시된 외부 입력부(140)로부터 출력되는 n비트의 디지탈 데이타(Dn...D1)를 해당하는 특정 신호에 상응하여 논리조합하고, 논리 조합한 결과를 출력한다. 여기서, 제1 논리 조합부(184)와 제2 논리 조합부(186)의 논리 조합 결과는 서로 보수의 관계에 있다.That is, the PMOS transistors P1 and P2 shown in FIG. 8 are turned on / off in response to the enable signal ENA, which is an output of the AND gate 160 shown in FIG. 7, and the NMOS transistor N1 is initially initialized. It is turned on / off when the PMOS transistors P1 and P2 are turned on / off in response to an enable signal ENA input at a “low” logic level in the state. The NAND gate 188 inverts ANDs the outputs of the first and second logic combination units 184 and 186, and outputs the result of the inversion AND operation as the X sense termination signal Cx. The AND gate 182 logically multiplies the output of the first logic combiner 184 by the output of the second logic combiner 186 and outputs the result of the X sensed result Ax. Meanwhile, the first and second logic combination units 184 and 186 are enabled in response to the enable signal ENA, so that n-bit digital data Dn. Output from the external input unit 140 shown in FIG. 7 is output. ..D 1 ) is combined according to the specific signal and outputs the result of logical combination. Here, the logical combination results of the first logical combination unit 184 and the second logical combination unit 186 are in complementary relation with each other.

한편, 도 1 또는 도 7에 도시된 외부 출력부(18 또는 148)는 특정 신호 감지부(12 또는 142)의 제어하에 미리 계산된 값을 출력하거나, 연산부(16 또는 146)로부터 입력한 연산된 값을 감지된 결과에 응답하여 출력하기 위해 후술되는 예에서와 같이 비동기식으로 셋트(set)나 리셋트(reset)되는 플립플롭들을 이용한다.Meanwhile, the external output unit 18 or 148 illustrated in FIG. 1 or 7 may output a value calculated in advance under the control of the specific signal detector 12 or 142, or may be calculated by inputting from the calculation unit 16 or 146. In order to output the value in response to the sensed result, flip-flops that are set or reset asynchronously are used as in the example described below.

예를 들어, 도 7에 도시된 장치가 적응형 차등 펄스 코드 변조(ADPCM:Adaptive Differential Pulse Code Modulation)의 역 양자화부(Inverse Quantizer)에 사용된다고 가정하여 본 발명에 의한 연산 장치의 동작을 다음과 같이 설명한다.For example, assuming that the apparatus shown in FIG. 7 is used for an inverse quantizer of adaptive differential pulse code modulation (ADPCM), the operation of the computing device according to the present invention will be described as follows. Explain together.

도 9는 ADPCM의 역양자화부에 사용되는 도 1 또는 도 7에 도시된 외부 출력부(18 또는 148)의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 회로도로서, 논리곱(190) 및 제1 ∼ P(여기서, P는 특정 입력에 대한 연산값의 비트수)플립플롭들(192, 194, ..., 196, 198, 200 및 202)로 구성된다.FIG. 9 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the present invention of the external output unit 18 or 148 shown in FIG. 1 or FIG. 7 used in the inverse quantization unit of the ADPCM. The logical product 190 and the first through P ( Where P is the number of bits of the arithmetic value for a particular input) flip-flops 192, 194, ..., 196, 198, 200 and 202.

도 10은 ADPCM을 위한 역 양자화부(미도시)의 입/출력값들 및 입력값의 확률 분포를 나타내는 도면으로서, I는 입력값을 나타내고, DQS 및 DQLN은 출력값으로서 차분 양자화 부호 비트(DQS:sign bit of quantized difference signal)와 차분 양자화 로그값(DQLN:Normalized quantized difference signal)을 각각 나타낸다.10 is a diagram illustrating probability distributions of input / output values and input values of an inverse quantization unit (not shown) for ADPCM, where I represents an input value, and DQS and DQLN are differential quantization code bits (DQS: sign) as output values. a bit of quantized difference signal and a normalized quantized difference signal (DQLN).

도 10에 도시된 I는 ADPCM의 적응형 양자화부(adaptive quantizer)로부터 출력되는 신호이고, DQS 및 DQLN은 ADPCM의 적응형 예측부(adaptive predictor)로 출력되는 신호들이다. 여기서, DQS는 입력(I)의 최상위 비트로부터 바로 구할 수 있고, DQLN는 도 7에 도시된 연산 장치를 이용하여 구할 수 있다. 이를 위해, 도 7에 도시된 연산 장치의 특정 신호 감지부(142)는 디지탈 입력(I)들중 확률 빈도가 높은 디지탈 데이타 '0001', '1110' 및 '1111'이 입력되는가를 감지한다. 이 때, 특정 신호 '0001' 또는 '1110'의 연산값이 동일하므로, 하나의 부 특정 신호 감지부에서 감지된다. 즉, 제1 부 특정 신호 감지부(164)는 외부 입력부(140)로부터 입력한 디지탈 데이타가 '0001' 또는 '1110'인가를 감지하기 위해 다음 수학식 1과 같은 논리 연산을 도 8에 도시된 회로를 이용하여 비동기식으로 수행한다.I shown in FIG. 10 is a signal output from an adaptive quantizer of ADPCM, and DQS and DQLN are signals output from an adaptive predictor of ADPCM. Here, the DQS can be directly obtained from the most significant bit of the input I, and the DQLN can be obtained using the arithmetic unit shown in FIG. To this end, the specific signal detector 142 of the computing device illustrated in FIG. 7 detects whether digital data '0001', '1110', and '1111' having a high probability frequency are input among the digital inputs I. At this time, since the calculation value of the specific signal '0001' or '1110' is the same, it is detected by one sub-specific signal detection unit. That is, in order to detect whether the digital data input from the external input unit 140 is '0001' or '1110', the first sub-specific signal detecting unit 164 performs a logical operation as shown in Equation 1 shown in FIG. 8. Perform asynchronously with the circuit.

f1 = a'b'c'd + abcd'f1 = a'b'c'd + abcd '

여기서, f1은 제1 부 특정 신호 감지부(164)의 논리 조합식으로서 도 8에 도시된 제1 논리 조합부(184)에서 수행되고, abcd는 입력 I의 각 비트들을 나타내며, '는 보수를 나타낸다. 디지탈 데이타가 특정 신호이면 f1은 '1'이 되고, 아니면 '0'이 된다. 그리고, 제1 감지된 결과(A1)는 특정 신호가 아니면 '1'이 되고, 그 외에는 '0'이 된다.Here, f1 is a logical combination expression of the first sub-signal detection unit 164, and is performed in the first logical combination unit 184 shown in FIG. 8, where abcd represents each bit of the input I, and ' Indicates. F1 is '1' if the digital data is a specific signal, or '0'. In addition, the first detected result A1 becomes '1' if it is not a specific signal, and otherwise becomes '0'.

이와 마찬가지로, 제2 부 특정 신호 감지부는 디지탈 데이타가 '1111'인가를 감지하기 위해 다음 수학식 2와 같은 논리 연산을 비동기식으로 수행한다.Similarly, the second sub-signal detection unit asynchronously performs a logical operation as shown in Equation 2 to detect whether the digital data is '1111'.

f2 = abcdf2 = abcd

여기서, f2는 제2 부 특정 신호 감지부의 논리 조합식을 나타낸다.Here, f2 represents a logical combination expression of the second sub specific signal detection unit.

또한, 제3 부 특정 신호 감지부는 제1 및 제2 부 특정 신호 감지부들의 출력인 제1 및 제2 감지된 결과들(A1 및 A2)이 '11'인가를 감지하기 위해서는 수학식 1 및 수학식 2와는 달리 다음 수학식 3과 같은 논리 연산을 비동기식으로 수행한다.In addition, the third sub-signal detecting unit may use Equation 1 and Equation 3 to detect whether the first and second sensed results A1 and A2, which are outputs of the first and second sub-signal detecting units, are '11'. Unlike Equation 2, the logical operation shown in Equation 3 is performed asynchronously.

Figure 1019970051269_B1_M0001
Figure 1019970051269_B1_M0001

여기서, f3은 제3 부 특정 신호 감지부의 논리 조합식을 나타낸다. 수학식 3을 보면, 특정 신호가 아닐때, 즉 A1A2가 '11'일 때 f3값이 '0'이 되며, 앞의 감지가 끝나고 f3가 '0'이 되면 A3는 '1'이 된다.Here, f3 represents a logical combination equation of the third sub-signal detecting unit. In Equation 3, when the signal is not a specific signal, that is, when A1A2 is '11', the value of f3 becomes '0'. When the previous detection is completed and f3 becomes '0', A3 becomes '1'.

결국, 전술한 논리식들에 의해 제1, 제2 및 제3 감지된 결과들(A1, A2, A3)이 특정 신호 감지부(142)로부터 외부 출력부(148) 및 내부 입력부(144)들로 출력된다. 그 다음, 디지탈 데이타가 특정 신호인 경우 도 9에 도시된 외부 출력부는 제1, 2 또는 제3 감지된 결과(A1, A2 또는 A3)에 응답하여 세트 또는 리셋 신호된 각 플립플롭의 정출력들을 특정 입력에 해당하는 연산값으로서 출력단자 OUT를 통해 출력한다. 그러므로, 도 7에 도시된 장치가 '1111'의 디지탈 데이타를 입력하면 도 9에 도시된 외부 출력부는 '1000_0000_0000'의 DQLN을 출력단자 OUT를 통해 출력하고, '0001' 또는 '1110'의 디지탈 데이타를 입력하면 '0000_0000_0100'의 DQLN을 출력단자 OUT를 통해 출력한다.As a result, the first, second, and third sensed results A1, A2, and A3 sensed by the above-described logic expressions are transferred from the specific signal detector 142 to the external output unit 148 and the internal input units 144. Is output. Then, when the digital data is a specific signal, the external output shown in Fig. 9 outputs the positive outputs of each flip-flop set or reset signal in response to the first, second or third sensed result A1, A2 or A3. Outputs through the output terminal OUT as an operation value corresponding to a specific input. Therefore, when the apparatus shown in FIG. 7 inputs the digital data of '1111', the external output unit shown in FIG. 9 outputs the DQLN of '1000_0000_0000' through the output terminal OUT, and the digital data of '0001' or '1110'. Inputs the DQLN of '0000_0000_0100' through the output terminal OUT.

그러나, 디지탈 데이타가 특정 신호가 아니면, 도 9에 도시된 외부 출력부의 플립플롭들은 데이타 입력단자(D)를 통해 입력한 연산부(16 또는 146)에서 연산된 결과를 AND 게이트(190)의 출력에 응답하여 출력단자 OUT를 통해 출력한다. 여기서, AND 게이트(190)는 도 7에 도시된 AND 게이트(150)를 나타내며, 클럭신호(CLOCK)와 출력 인에이블 신호(OUTPUT ENABLE)를 논리곱하고, 논리곱한 결과를 각 플립플롭의 클럭 신호로서 출력한다.However, if the digital data is not a specific signal, the flip-flops of the external output unit shown in FIG. 9 output the result calculated by the operation unit 16 or 146 input through the data input terminal D to the output of the AND gate 190. In response, output through the output terminal OUT. Here, the AND gate 190 represents the AND gate 150 illustrated in FIG. 7. The AND gate 190 performs an AND operation on the clock signal CLOCK and the output enable signal OUTPUT ENABLE, and the result of the AND operation is used as a clock signal of each flip-flop. Output

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치는 사용할 시스템이나 알고리즘의 입력 신호를 분석하여 많이 입력되는 특정 신호의 값을 미리 계산해 두고, 이 특정 신호가 입력될 때, 미리 계산된 값을 출력하여 연산 장치가 동작할 필요가 없도록 함으로서, 전력 소비를 최소화하고, 특정 입력을 감지하여 바로 출력을 낼 수가 있으므로 시스템의 평균 수행 속도를 향상시킬 수 있으며, 입력의 확률이 높을수록 평균 수행 속도가 빠르며, 비동기 방식으로 특정 신호를 감지하므로 특정 신호 감지부에서 생기는 추가적인 딜레이를 최소화하고 임펄스성 잡음에 의한 오동작이 방지될 수 있는 효과가 있다.As described above, the low power consumption type computing device for digital signal processing according to the present invention analyzes an input signal of a system or algorithm to be used, calculates a value of a specific signal that is input a lot, and when the specific signal is input. By outputting the pre-calculated value so that the computing device does not need to operate, power consumption can be minimized, and a specific input can be detected and output can be immediately output, improving the average execution speed of the system. The higher the average execution speed, the more the asynchronous method detects a specific signal, thereby minimizing the additional delay caused by a specific signal detection unit and prevents malfunction due to impulsive noise.

Claims (7)

디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 출력하는 외부 입력 수단;External input means for inputting and temporarily storing digital data and outputting a stored signal; 상기 외부 입력 수단으로부터 출력되는 상기 디지탈 데이타를 입력하여 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 출력하는 특정 신호 감지 수단;Specific signal sensing means for inputting the digital data outputted from the external input means to detect a specific input, and outputting the detected result; 상기 외부 입력수단으로부터 상기 감지된 결과에 응답하여 입력한 상기 디지탈 데이타를 출력하는 내부 입력 수단;Internal input means for outputting the digital data input in response to the sensed result from the external input means; 상기 내부 입력 수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하는 연산 수단; 및Calculation means for inputting and calculating data output from said internal input means; And 임시 저장한 상기 연산 수단의 출력이나, 상기 특정 입력에 해당하는 값을 상기 감지된 결과에 응답하여 선택적으로 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력하는 외부 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.And an external output means for selectively outputting the temporarily stored output means or the value corresponding to the specific input as the calculated result value of the digital data in response to the detected result. Low power consumption computing unit for processing. 제1 항에 있어서, 상기 외부 입력 수단은The method of claim 1, wherein the external input means 인에이블 신호와 클럭 신호를 논리곱하여 출력하는 제1 논리곱 수단; 및First AND product for ANDing and outputting the enable signal and the clock signal; And 상기 제1 논리곱 수단의 출력을 클럭 입력하고, 상기 디지탈 데이타를 데이타 입력하며, 정출력으로 상기 디지탈 데이타를 출력하는 D플립플롭을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.And a D flip-flop for clock input of the output of the first AND function, data input of the digital data, and output of the digital data at a constant output. . 제2 항에 있어서, 상기 특정 신호 감지 수단은The method of claim 2, wherein the specific signal detecting means 상기 외부 입력 수단으로부터 입력한 상기 디지탈 데이타를 상기 제1 논리곱 수단의 출력에 응답하여 비동기 방식(self-timed)으로 상기 특정 입력에 상응하는 논리 조합하고, 논리 조합한 결과들을 상기 감지된 결과로서 출력하는 부 특정 신호 감지 수단을 구비하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.Logically combining the digital data input from the external input means corresponding to the specific input in a self-timed response in response to the output of the first AND product, and performing the logical combination results as the sensed result. A low power consumption type computing device for digital signal processing comprising a sub specific signal sensing means for outputting. 제2 항에 있어서, 상기 특정 신호 감지 수단은The method of claim 2, wherein the specific signal detecting means 각각이, 상기 외부 입력 수단으로부터 입력한 상기 디지탈 데이타를 상기 제1 논리곱 수단의 출력에 응답하여 비동기 방식(self-timed)으로 N(여기서, N은 1이상의 정수)개의 상기 특정 입력(들)중 해당하는 특정 입력에 상응하는 논리 조합하고, 논리 조합한 결과들을 제1 ∼ 제N 감지된 결과들중 하나 및 제1 ∼ 제N 감지 종료 신호들중 하나로서 출력하는 제1 ∼ 제N 부 특정 신호 감지 수단들;Each of the digital inputs input from the external input means in a self-timed manner in response to the output of the first AND product, wherein N specific input (s) First to N-th sub-specifics for performing a logical combination corresponding to a corresponding specific input among the two, and outputting the logical combination results as one of the first to Nth sensed results and one of the first to Nth sense termination signals. Signal sensing means; 상기 제1 ∼ 제N 감지 종료 신호들을 논리곱하여 출력하는 제2 논리곱 수단; 및Second logical AND means for ANDing and outputting the first to Nth sensing termination signals; And 상기 제1 ∼ 제N 감지된 결과들을 상기 제2 논리곱 수단의 출력에 응답하여 상기 비동기 방식으로 논리조합하고, 논리 조합한 결과를 제N+1 감지된 결과로서 출력하는 제N+1 부 특정 신호 감지 수단을 구비하고,N + 1 sub-specification for logically combining the first through Nth sensed results in response to the output of the second AND product and outputting the result of the logical combination as an N + 1 sensed result With signal sensing means, 상기 제1 ∼ 제N+1 감지된 결과들은 상기 감지된 결과로서 상기 외부 출력 수단으로 출력되고, 상기 제N+1 감지된 결과는 상기 감지된 결과로서 상기 내부 입력 수단로 출력되는 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.The first through N + 1 sensed results are output to the external output means as the sensed result, and the N + 1 sensed result is output to the internal input means as the sensed result. Low power consumption computing unit for digital signal processing. 제3 항에 있어서, 상기 외부 출력 수단은The method of claim 3, wherein the external output means 상기 특정 입력에 해당하는 값의 비트수 만큼의 플립플롭들을 구비하고,And flip-flops corresponding to the number of bits of the value corresponding to the specific input, 상기 각 플립플롭의 셋트 또는 리셋트 단자는 상기 특정 입력에 해당하는 값에 상응하여 상기 감지된 결과에 연결되고, 상기 각 플립플롭은 상기 연산수단의 출력을 데이타 입력하고, 상기 제1 논리곱 수단의 출력을 클럭입력하고, 상기 플롭플립들로부터 출력되는 신호는 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과인 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.The set or reset terminal of each flip-flop is connected to the sensed result corresponding to a value corresponding to the particular input, wherein each flip-flop is a data input of an output of the computing means, and the first AND function And a signal output from the flop flips is a result of the calculation of the digital data. 제4 항에 있어서, 상기 외부 출력 수단은The method of claim 4, wherein the external output means 상기 특정 입력에 해당하는 값의 비트수 만큼의 플립플롭들을 구비하고,And flip-flops corresponding to the number of bits of the value corresponding to the specific input, 상기 각 플립플롭의 셋트 또는 리셋트 단자는 상기 특정 입력에 해당하는 값에 상응하여 상기 제1 ∼ 제N+1 감지된 결과들중 하나에 연결되고, 상기 각 플립플롭은 상기 연산수단의 출력을 데이타 입력하고, 상기 제1 논리곱 수단의 출력을 클럭입력하고, 상기 플롭플립들로부터 출력되는 신호는 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과인 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.The set or reset terminal of each flip-flop is connected to one of the first through N + 1 sensed results corresponding to the value corresponding to the particular input, and each flip-flop is configured to output the output of the computing means. And inputting data, clocking the output of the first AND product, and outputting the signals from the flop flips are the calculated results of the digital data. 디지탈 데이타를 입력하여 임시 저장하고, 저장된 신호를 출력하는 외부 입력 수단;External input means for inputting and temporarily storing digital data and outputting a stored signal; 상기 외부 입력 수단으로부터 출력되는 상기 디지탈 데이타를 입력하여 특정 입력인가를 감지하고, 감지된 결과를 출력하는 특정 신호 감지 수단;Specific signal sensing means for inputting the digital data outputted from the external input means to detect a specific input, and outputting the detected result; 상기 외부 입력수단으로부터 상기 감지된 결과에 응답하여 입력한 상기 디지탈 데이타를 출력하는 제1내부 입력 수단;First internal input means for outputting the digital data input in response to the sensed result from the external input means; 상기 제1내부 입력 수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하는 제1연산 수단;First calculation means for inputting and operating data output from said first internal input means; 상기 감지된 결과를 지연후에 출력하는 제1지연수단;First delay means for outputting the detected result after a delay; 제2∼N(여기서, N은 2이상의 양의 정수) 내부 입력수단들;Second through N (where N is a positive integer of 2 or more) internal input means; 제2∼N 지연수단들;Second to N delay means; 제2∼N 연산수단들; 및Second to N calculation means; And 상기 제N연산수단으로부터 입력한 데이타나, 상기 특정 입력에 해당하는 값을 상기 제N지연수단의 출력에 응답하여 선택적으로 상기 디지탈 데이타의 연산된 결과값으로 출력하는 외부 출력 수단을 구비하고,And external output means for selectively outputting data input from said N-th calculating means or a value corresponding to said specific input as a calculated result of said digital data in response to the output of said N-th delay means, 상기 제N내부 입력수단은 제N-1연산 수단으로부터 제N-1지연수단의 출력에 응답하여 입력한 데이타를 출력하고, 상기 제N연산수단은 제N내부 입력수단으로부터 출력되는 데이타를 입력하여 연산하고, 상기 제N지연수단은 제N-1지연수단의 출력을 지연후에 출력하는 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 처리를 위한 저전력 소비형 연산 장치.The N-th internal input means outputs data input from the N-th operation means in response to the output of the N-th delay means, and the N-th operation means inputs the data output from the N-th internal input means. And the N-th delay means outputs the output of the N-th delay means after a delay.
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