在傳統設計中，所有計算機運算（算法、邏輯和存儲進程）都參考時鐘同步執行，時鐘增加了設計中的時序電路數量。在這個電池供電設備大行其道的移動時代，為了節省每一毫瓦（mW）的功耗，廠商間展開了殘酷的競爭，因此將電路分成多個電源域并根據要求關閉它們，并且在設計每個時序電路的同時節省功耗，這兩點至關重要。時序電路（如計數器和寄存器）在現代設計中無處不在。本文以約翰遜計數器為例介紹了如何采用有效門控時鐘來設計高能效的時序電路。
　　約翰遜計數器系統，可同步提供多種特殊類型的數據序列，這對于大多數重要應用（如D/A轉換器、FSM和時鐘分頻器）來說至關重要。為支持不同頻率（從MHz到GHz）的模塊，越來越多的IP集成到片上系統，因此，設計中在不同層級實施了許多可支持多個分頻因子的時鐘分頻器。本文中，我們介紹了一款節能設計，即用帶有門控時鐘的多級可編程約翰遜計數器系統來取代多個時鐘分頻器，該計數器可提供8至任何偶數值（在本文中為38）的時鐘分頻因子。下面，我們將探討實施細節和該技術的優劣。
　　典型時序電路
　　圖1給出的是一款傳統4位上升沿約翰遜計數器。約翰遜計數器只不過是修改過的移位寄存器，其最后一個D觸發器的反相輸出作為第一個D觸發器的輸入。所有其他觸發器將接收上一個觸發器所提供的輸出。
　　
　　圖1 傳統約翰遜計數器
　　如表1所示，在所有的縱列中，4個連續的“0”后面都跟隨著4個連續的“1”，但所有縱列都位于不同的階段。約翰遜計數器可同步創建一個特定的數據模式。該數據模式在建模時非常有用，因為它可以使用任何抽頭就可以產生一個有不同階段的時鐘樣式的模式。此外，從表中可以推導出，約翰遜計數器只使用了N個觸發器提供2N個狀態，因此，與標準環形計數器相比，約翰遜計數器僅需要一半數量的觸發器便可實現同樣的MOD.
　　
　　表1 約翰遜計數器的狀態圖
　　典型時序電路的缺陷
　　如圖1所示，這種電路最大的缺點是不可配置，因此，不能改變時鐘分頻因子。一個N觸發器設計只能產生2N個周期的時鐘。需要預先將固定數量的觸發器加入到設計中，才能產生固定周期的時鐘。這大大阻礙了特定時鐘的設計，而且多個這樣的設計，需要多種分頻因子來進行分頻。
　　另外，該設計非常耗能，并且也沒有機制可通過高效門控時鐘來節省動態功耗。如表1所示，Q3只能在時鐘脈沖2和時鐘脈沖6中改變其輸出，對于所有其他時鐘而言，觸發器一次又一次地存儲了相同的數據。這導致在時鐘周期內產生了不必要的功耗，而采用適合的門控時鐘可解決該問題。