JP2011171916A - Flip-flop circuit and latch circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】 クロック信号のレベル変化に伴う消費電流を少なくすることのできるフリップフロップ回路およびラッチ回路を提供する。
【解決手段】 マスタラッチ1と、スレーブラッチ2と、を備えるフリップフロップ回路において、マスタラッチ1では、たすき掛け接続された2つのOR−NAND型複合ゲートの間で、クロック信号CKが入力されるPMOSトランジスタP15およびNMOSトランジスタN15を共有し、スレーブラッチ2では、たすき掛け接続された2つのAND−NOR型複合ゲートの間で、クロック信号CKが入力されるPMOSトランジスタP25およびNMOSトランジスタN25を共有する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flip-flop circuit and a latch circuit capable of reducing current consumption accompanying a level change of a clock signal.
In a flip-flop circuit including a master latch 1 and a slave latch 2, the master latch 1 includes a PMOS transistor to which a clock signal CK is input between two OR-NAND composite gates connected to each other. The P15 and the NMOS transistor N15 are shared, and the slave latch 2 shares the PMOS transistor P25 and the NMOS transistor N25 to which the clock signal CK is input between the two AND-NOR type composite gates that are connected to each other.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、フリップフロップ回路およびラッチ回路に関する。 The present invention relates to a flip-flop circuit and a latch circuit.
フリップフロップ回路およびラッチ回路は、順序回路を構成する基本的な回路であるため、半導体集積回路の中で多数使用される。したがって、フリップフロップ回路あるいはラッチ回路を構成するためのゲート数を削減することができれば、半導体集積回路のゲート数削減に対する効果が大きい。半導体集積回路のゲート数を削減すると、半導体集積回路の消費電流を少なくすることができる。 Since the flip-flop circuit and the latch circuit are basic circuits constituting the sequential circuit, many flip-flop circuits and latch circuits are used in the semiconductor integrated circuit. Therefore, if the number of gates for forming the flip-flop circuit or the latch circuit can be reduced, the effect of reducing the number of gates of the semiconductor integrated circuit is great. When the number of gates of the semiconductor integrated circuit is reduced, the current consumption of the semiconductor integrated circuit can be reduced.
そのため、従来、フリップフロップ回路を構成するマスタラッチとスレーブラッチの間で、それぞれのラッチを構成するフィードバック回路の一部を共有することにより、ゲート数を削減するようにしたフリップフロップ回路が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, conventionally, a flip-flop circuit has been proposed in which the number of gates is reduced by sharing a part of the feedback circuit that constitutes each latch between the master latch and the slave latch that constitute the flip-flop circuit. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、CMOS型のフリップフロップ回路の動作時の消費電流は、回路を構成するMOSトランジスタのゲート容量とドレイン容量の充放電電流が主なものである。この充放電電流は、入力されるクロックの周波数と入力されるデータの変化率に依存する。 By the way, the current consumption during the operation of the CMOS flip-flop circuit is mainly the charge / discharge current of the gate capacitance and drain capacitance of the MOS transistor constituting the circuit. This charge / discharge current depends on the frequency of the input clock and the rate of change of the input data.
一般に、論理LSIでは、フリップフロップ回路へ入力されるデータがクロックサイクルごとに変化する割合は、10%から30%程度であることが多い。したがって、入力データの平均周波数は、クロックの周波数の5%から15%程度となる。すなわち、入力データの平均周波数は、クロックの周波数に比較して、一般的にかなり低い値となる。その結果、フリップフロップ回路の中の消費電流は、クロックが入力されるMOSトランジスタの充放電電流として消費される割合が多くなる。 In general, in a logic LSI, the rate at which data input to a flip-flop circuit changes every clock cycle is often about 10% to 30%. Therefore, the average frequency of the input data is about 5% to 15% of the clock frequency. That is, the average frequency of the input data is generally much lower than the clock frequency. As a result, the ratio of current consumed in the flip-flop circuit is increased as the charge / discharge current of the MOS transistor to which the clock is input.
したがって、フリップフロップ回路のゲート数を削減する場合、クロックが入力されるMOSトランジスタの数を削減する方が、データ系の回路のトランジスタを削減するよりも、消費電流削減効果が大きい。 Therefore, when reducing the number of gates of the flip-flop circuit, reducing the number of MOS transistors to which a clock is input has a greater effect of reducing current consumption than reducing the number of transistors in the data circuit.
この観点から上述の提案のフリップフロップ回路のゲート数削減手法を検証すると、データ系の回路のゲートを削減する手法であり、クロックが入力されるMOSトランジスタの数は削減されていない。したがって、上述の提案のフリップフロップ回路は、ゲート数の削減が、半導体集積回路全体の消費電流の削減に及ぼす効果が小さい、という問題があった。 From this point of view, the above-described proposed method for reducing the number of gates in the flip-flop circuit is a method for reducing the number of gates in the data system circuit, and the number of MOS transistors to which a clock is input is not reduced. Therefore, the above-described proposed flip-flop circuit has a problem that the reduction in the number of gates has little effect on the reduction in current consumption of the entire semiconductor integrated circuit.
そこで、本発明の目的は、クロック信号のレベル変化に伴う消費電流を少なくすることのできるフリップフロップ回路およびラッチ回路を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flip-flop circuit and a latch circuit that can reduce current consumption associated with a level change of a clock signal.
本発明の一態様によれば、データ信号およびクロック信号が入力される第1のゲート回路と、前記データ信号の反転信号および前記クロック信号が入力される第2のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるマスタラッチと、前記マスタラッチの正転出力信号およびクロック信号が入力される第3のゲート回路と、前記マスタラッチの反転出力信号および前記クロック信号が入力される第4のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるスレーブラッチとを備え、前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有し、前記第3のゲート回路と前記第4のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有することを特徴とするフリップフロップ回路が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input and a second gate circuit to which an inverted signal of the data signal and the clock signal are input are connected to each other. A master latch configured as described above, a third gate circuit to which a normal output signal and a clock signal of the master latch are input, and a fourth gate circuit to which an inverted output signal of the master latch and the clock signal are input A slave latch configured to be connected to each other, the first gate circuit and the second gate circuit share a transistor to which the clock signal is input, and the third gate A flip-flop circuit in which a transistor to which the clock signal is input is shared between the circuit and the fourth gate circuit It is provided.
また、本発明の別の一態様によれば、データ信号およびクロック信号が入力される第1のゲート回路と、自身の出力信号の反転信号および前記クロック信号が入力される第2のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるマスタラッチと、前記マスタラッチの正転出力信号およびクロック信号が入力される第3のゲート回路と、前記マスタラッチの反転出力信号および前記クロック信号が入力される第4のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるスレーブラッチとを備え、前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有し、前記第3のゲート回路と前記第4のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有することを特徴とするフリップフロップ回路が提供される。 According to another aspect of the present invention, a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input, an inverted signal of its own output signal, and a second gate circuit to which the clock signal is input Are connected to each other, a third gate circuit to which a normal output signal and a clock signal of the master latch are input, and an inverted output signal and the clock signal of the master latch are input to a fourth gate circuit. A slave latch configured to be connected to each other, and the first gate circuit and the second gate circuit share a transistor to which the clock signal is input, A flip-flop having a transistor to which the clock signal is input is shared between the third gate circuit and the fourth gate circuit. -Up circuit is provided.
また、本発明のさらに別の一態様によれば、データ信号およびクロック信号が入力される第1のゲート回路と、前記データ信号の反転信号および前記クロック信号が入力される第2のゲート回路とを、たすき掛け接続し、前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有することを特徴とするラッチ回路が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input, a second gate circuit to which an inverted signal of the data signal and the clock signal are input, Are connected to each other, and a transistor to which the clock signal is input is shared between the first gate circuit and the second gate circuit.
また、本発明のさらに別の一態様によれば、データ信号およびクロック信号が入力される第1のゲート回路と、自身の出力信号の反転信号および前記クロック信号が入力される第2のゲート回路とを、たすき掛け接続し、前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有することを特徴とするラッチ回路が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input, and a second gate circuit to which an inverted signal of its own output signal and the clock signal are input Are connected to each other and a transistor to which the clock signal is input is shared between the first gate circuit and the second gate circuit.
本発明によれば、クロック信号のレベル変化に伴う消費電流を少なくすることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the current consumption accompanying the level change of the clock signal.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施例1に係るフリップフロップ回路の構成の例を示すトランジスタレベルの回路図であり、ここでは、CMOS回路として構成したときの例を示す。図2は、その論理ゲートレベルの回路図である。 FIG. 1 is a transistor level circuit diagram showing an example of the configuration of the flip-flop circuit according to the first embodiment of the present invention, and here, an example when configured as a CMOS circuit is shown. FIG. 2 is a circuit diagram of the logic gate level.
本実施例のフリップフロップ回路は、マスタラッチ1と、スレーブラッチ2とから構成されるD型フリップフロップ回路である。
The flip-flop circuit of the present embodiment is a D-type flip-flop circuit composed of a
マスタラッチ1は、並列接続されたPMOSトランジスタP11、P12と、並列接続されたPMOSトランジスタP13、P14と、PMOSトランジスタP12のソース端子とPMOSトランジスタP14のソース端子に共通に接続されたPMOSトランジスタP15と、PMOSトランジスタP12のドレイン端子に直列接続されたNMOSトランジスタN11、N12と、PMOSトランジスタP14のドレイン端子に直列接続されたNMOSトランジスタN13、N14と、NMOSトランジスタN12のドレイン端子とNMOSトランジスタN14のドレイン端子間に接続されたNMOSトランジスタN15と、を有する。
The
PMOSトランジスタP14のゲート端子とNMOSトランジスタN14のゲート端子へは、データ信号Dが入力され、PMOSトランジスタP12のゲート端子とNMOSトランジスタN12のゲート端子へは、データ信号DをインバータIV1により反転させた反転データ信号DNが入力される。 The data signal D is input to the gate terminal of the PMOS transistor P14 and the gate terminal of the NMOS transistor N14, and the data signal D is inverted by the inverter IV1 to the gate terminal of the PMOS transistor P12 and the gate terminal of the NMOS transistor N12. A data signal DN is input.
また、PMOSトランジスタP13のゲート端子とNMOSトランジスタN13のゲート端子へは、PMOSトランジスタP12のドレイン端子から出力される出力信号Aが入力され、PMOSトランジスタP11のゲート端子とNMOSトランジスタN11のゲート端子へは、PMOSトランジスタP14のドレイン端子から出力される出力信号Bが入力される。 The output signal A output from the drain terminal of the PMOS transistor P12 is input to the gate terminal of the PMOS transistor P13 and the NMOS transistor N13, and the gate terminal of the PMOS transistor P11 and the gate terminal of the NMOS transistor N11 are input to the gate terminal of the PMOS transistor P13. The output signal B output from the drain terminal of the PMOS transistor P14 is input.
また、PMOSトランジスタP15のゲート端子とNMOSトランジスタN15のゲート端子へは、クロック信号CKが入力される。 The clock signal CK is input to the gate terminal of the PMOS transistor P15 and the gate terminal of the NMOS transistor N15.
マスタラッチ1は、クロック信号CKが低レベルであるときに、データ信号Dの極性と同極性の出力信号Aおよび反対極性の出力信号Bを出力し、クロック信号CKが高レベルの間、出力信号Aおよび出力信号Bのレベルを保持する。
When the clock signal CK is at a low level, the
スレーブラッチ2は、直列接続されたPMOSトランジスタP21、P22と、直列接続されたPMOSトランジスタP23、P24と、PMOSトランジスタP21のドレイン端子とPMOSトランジスタP23のドレイン端子間に接続されたPMOSトランジスタP25と、PMOSトランジスタP22のドレイン端子に並列に接続されたNMOSトランジスタN21、N22と、PMOSトランジスタP24のドレイン端子に並列に接続されたNMOSトランジスタN23、N24と、NMOSトランジスタN21のソース端子とNMOSトランジスタN23のソース端子に共通に接続されたNMOSトランジスタN25と、を有する。
The
PMOSトランジスタP23のゲート端子とNMOSトランジスタN23のゲート端子へは、マスタラッチ1の出力信号Aが入力され、PMOSトランジスタP21のゲート端子とNMOSトランジスタN21のゲート端子へは、マスタラッチ1の出力信号Bが入力される。
The output signal A of the
また、PMOSトランジスタP24のゲート端子とNMOSトランジスタN24のゲート端子へは、PMOSトランジスタP22のドレイン端子から出力される出力信号Fが入力され、PMOSトランジスタP22のゲート端子とNMOSトランジスタN22のゲート端子へは、PMOSトランジスタP24のドレイン端子から出力される出力信号Eが入力される。 The output signal F output from the drain terminal of the PMOS transistor P22 is input to the gate terminal of the PMOS transistor P24 and the gate terminal of the NMOS transistor N24, and the gate terminal of the PMOS transistor P22 and the gate terminal of the NMOS transistor N22 are input to the gate terminal. The output signal E output from the drain terminal of the PMOS transistor P24 is input.
また、PMOSトランジスタP25のゲート端子とNMOSトランジスタN25のゲート端子へは、クロック信号CKが入力される。 The clock signal CK is input to the gate terminal of the PMOS transistor P25 and the gate terminal of the NMOS transistor N25.
スレーブラッチ2は、クロック信号CKの立ち上りに同期してマスタラッチ1の出力信号Aと同極性の出力信号Fおよび反対極性の出力信号Eを出力し、クロック信号CKが低レベルの間、出力信号Eおよび出力信号Fのレベルを保持する。
The
スレーブラッチ2の出力信号EをインバータINV2で反転させた信号が、フリップフロップの出力信号Qとして出力される。
A signal obtained by inverting the output signal E of the
本実施例のフリップフロップ回路を論理ゲート回路で表わすと、図2に示すように、マスタラッチ1は、OR−NAND型の複合ゲートOND11とOND12のたすき掛け回路で構成され、スレーブラッチ2は、AND−NOR型の複合ゲートANR21とANR22のたすき掛け回路で構成されている。
When the flip-flop circuit of the present embodiment is expressed by a logic gate circuit, as shown in FIG. 2, the
マスタラッチ1では、複合ゲートOND11のORゲートへ反転データ信号DNとクロック信号CKが入力され、複合ゲートOND12のORゲートへデータ信号Dとクロック信号CKが入力される。また、複合ゲートOND11の出力信号Aが複合ゲートOND12のNANDゲートへ入力され、複合ゲートOND12の出力信号Bが複合ゲートOND11のNANDゲートへ入力される。
In the
スレーブラッチ2では、複合ゲートANR21のANDゲートへ複合ゲートOND11の出力信号Aとクロック信号CKが入力され、複合ゲートANR22のANDゲートへ複合ゲートOND12の出力信号Bとクロック信号CKが入力される。また、複合ゲートANR21の出力信号Eが複合ゲートANR22のNORゲートへ入力され、複合ゲートANR22の出力信号Fが複合ゲートANR21のNORゲートへ入力される。
In the
一般的に、マスタラッチ1に用いているOR−NAND型の複合ゲートのたすき掛け構成のラッチ回路をCMOS回路として設計する場合、図3(a)に示すような回路構成をとる。
In general, when a latch circuit having an OR-NAND type composite gate stack structure used for the
図3(a)に示す一般的なラッチ回路の構成の場合、複合ゲートANR21と複合ゲートANR22は、個々に、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを相補的に組み合わせて回路が形成される。 In the case of the general latch circuit configuration shown in FIG. 3A, the composite gate ANR21 and the composite gate ANR22 are formed by individually combining PMOS transistors and NMOS transistors in a complementary manner.
図3(a)の回路構成では、クロック信号CKは、複合ゲートANR21のPMOSトランジスタP15AおよびNMOSトランジスタN15Aと、複合ゲートANR22のPMOSトランジスタP15BおよびNMOSトランジスタN15Bへ入力される。 In the circuit configuration of FIG. 3A, the clock signal CK is input to the PMOS transistor P15A and NMOS transistor N15A of the composite gate ANR21 and to the PMOS transistor P15B and NMOS transistor N15B of the composite gate ANR22.
ここで、PMOSトランジスタP15AおよびPMOSトランジスタP15Bに着目する。PMOSトランジスタP15AおよびPMOSトランジスタP15Bは、クロック信号CKが低レベルであるときにともに導通し、PMOSトランジスタP15AはPMOSトランジスタP12へ高電位電圧VDDを供給し、PMOSトランジスタP15BはPMOSトランジスタP14へ高電位電圧VDDを供給する。 Here, attention is focused on the PMOS transistor P15A and the PMOS transistor P15B. The PMOS transistor P15A and the PMOS transistor P15B are both turned on when the clock signal CK is at a low level, the PMOS transistor P15A supplies the high potential voltage VDD to the PMOS transistor P12, and the PMOS transistor P15B is the high potential voltage to the PMOS transistor P14. Supply VDD.
また、PMOSドランジスタP12とPMOSドランジスタP14には、それぞれ反転データ信号DNとデータ信号Dが入力される。そのため、PMOSドランジスタP12とPMOSドランジスタP14が、同時に導通することはない。 The inverted data signal DN and the data signal D are input to the PMOS transistor P12 and the PMOS transistor P14, respectively. Therefore, the PMOS transistor P12 and the PMOS transistor P14 do not conduct at the same time.
したがって、PMOSトランジスタP15AとPMOSトランジスタP15Bの機能を1つのPMOSトランジスタに集約することができる。 Therefore, the functions of the PMOS transistor P15A and the PMOS transistor P15B can be integrated into one PMOS transistor.
そこで、図3(b)に示すように、本実施例では、複合ゲートANR21と複合ゲートANR22でPMOSトランジスタP15を共有するようにする。クロック信号CKが低レベルであるとき、PMOSトランジスタP15は導通し、PMOSトランジスタP12およびPMOSトランジスタP14へ高電位電圧VDDを供給する。 Therefore, as shown in FIG. 3B, in this embodiment, the PMOS transistor P15 is shared by the composite gate ANR21 and the composite gate ANR22. When the clock signal CK is at a low level, the PMOS transistor P15 conducts and supplies the high potential voltage VDD to the PMOS transistor P12 and the PMOS transistor P14.
同様に、NMOSトランジスタN15AおよびNMOSトランジスタN15Bの集約についても検討する。NMOSトランジスタN15AおよびNMOSトランジスタN15Bは、クロック信号CKが高レベルであるときにともに導通し、NMOSトランジスタN15AはNMOSトランジスタN11へ低電位電圧VSSを供給し、NMOSトランジスタN15BはNMOSトランジスタN13へ低電位電圧VSSを供給する。 Similarly, the aggregation of the NMOS transistor N15A and the NMOS transistor N15B will be considered. The NMOS transistor N15A and the NMOS transistor N15B are both turned on when the clock signal CK is at a high level, the NMOS transistor N15A supplies the low potential voltage VSS to the NMOS transistor N11, and the NMOS transistor N15B receives the low potential voltage to the NMOS transistor N13. Supply VSS.
ここで、NMOSトランジスタN12とNMOSトランジスタN14に着目すると、このNMOSトランジスタN12のゲート端子へは反転データ信号DNが入力され、NMOSトランジスタN14のゲート端子へはデータ信号Dが入力されている。反転データ信号DNとデータ信号Dは信号極性が反対であるので、NMOSトランジスタN12とNMOSトランジスタN14は、必ずいずれかが導通し、そのドレイン端子へ低電位電圧VSSを伝達する。 Here, paying attention to the NMOS transistor N12 and the NMOS transistor N14, the inverted data signal DN is input to the gate terminal of the NMOS transistor N12, and the data signal D is input to the gate terminal of the NMOS transistor N14. Since the inverted data signal DN and the data signal D have opposite signal polarities, one of the NMOS transistor N12 and the NMOS transistor N14 is always turned on and transmits the low potential voltage VSS to its drain terminal.
そこで、図3(b)に示すように、本実施例では、NMOSトランジスタN12のドレイン端子とNMOSトランジスタN14のドレイン端子とを接続するNMOSトランジスタN15を設け、NMOSトランジスタN15のゲート端子へクロック信号CKを入力するようにする。すなわち、複合ゲートANR21と複合ゲートANR22でNMOSトランジスタN15を共有するようにする。 Therefore, as shown in FIG. 3B, in this embodiment, an NMOS transistor N15 for connecting the drain terminal of the NMOS transistor N12 and the drain terminal of the NMOS transistor N14 is provided, and the clock signal CK is supplied to the gate terminal of the NMOS transistor N15. To be entered. That is, the NMOS transistor N15 is shared by the composite gate ANR21 and the composite gate ANR22.
クロック信号CKが高レベルであるときは、NMOSトランジスタN15が導通し、NMOSトランジスタN12あるいはNMOSトランジスタN14のいずれかを介して、NMOSトランジスタN11およびNMOSトランジスタN13のいずれへも、低電位電圧VSSを供給することができる。 When the clock signal CK is at a high level, the NMOS transistor N15 conducts and supplies the low potential voltage VSS to either the NMOS transistor N11 or the NMOS transistor N13 via either the NMOS transistor N12 or the NMOS transistor N14. can do.
同様に、スレーブラッチ2に用いているAND−NOR型の複合ゲートのたすき掛け構成のラッチ回路においても、一般的なCMOS回路の構成に対して、クロック信号CKが入力されているトランジスタの共有化を行うことができる。
Similarly, in the latch circuit of the AND-NOR type composite gate stacking configuration used for the
図4に、AND−NOR型の複合ゲートのたすき掛け構成のラッチ回路におけるトランジスタの共有化の様子を示す。 FIG. 4 shows how transistors are shared in a latch circuit having a AND-NOR type composite gate stacking structure.
この場合、図3のPMOSトランジスタ側で用いた手法をNMOSトランジスタ側の共有化に適用し、図3のNMOSトランジスタ側で用いた手法をPMOSトランジスタ側の共有化に適用する。 In this case, the technique used on the PMOS transistor side in FIG. 3 is applied to sharing on the NMOS transistor side, and the technique used on the NMOS transistor side in FIG. 3 is applied to sharing on the PMOS transistor side.
すなわち、図4(a)に示す一般的なラッチ回路の構成におけるPMOSトランジスタP25AおよびPMOSトランジスタP25Bに対して、図4(b)に示す本実施例のラッチ回路では、PMOSトランジスタP21のドレイン端子とPMOSトランジスタP23のドレイン端子とを接続するPMOSトランジスタP25を設ける。 That is, in contrast to the PMOS transistor P25A and the PMOS transistor P25B in the configuration of the general latch circuit shown in FIG. 4A, in the latch circuit of this embodiment shown in FIG. 4B, the drain terminal of the PMOS transistor P21 A PMOS transistor P25 that connects the drain terminal of the PMOS transistor P23 is provided.
クロック信号CKが低レベルであるときは、PMOSトランジスタP25が導通し、PMOSトランジスタP21あるいはPMOSトランジスタP23のいずれかを介して、PMOSトランジスタP22およびPMOSトランジスタP24のいずれへも、高電位電圧VDDを供給する。 When the clock signal CK is at a low level, the PMOS transistor P25 conducts, and the high potential voltage VDD is supplied to either the PMOS transistor P22 or the PMOS transistor P24 via either the PMOS transistor P21 or the PMOS transistor P23. To do.
また、図4(a)に示す一般的なラッチ回路の構成におけるNMOSトランジスタN25AおよびNMOSトランジスタN25Bに対して、図4(b)に示す本実施例のラッチ回路では、NMOSトランジスタN21のソース端子とNMOSトランジスタN23のソース端子に共通に接続されるNMOSトランジスタN25を設ける。 Further, in contrast to the NMOS transistor N25A and the NMOS transistor N25B in the configuration of the general latch circuit shown in FIG. 4A, in the latch circuit of this embodiment shown in FIG. 4B, the source terminal of the NMOS transistor N21 An NMOS transistor N25 connected in common to the source terminal of the NMOS transistor N23 is provided.
クロック信号CKが高レベルであるとき、NMOSトランジスタN25が導通し、NMOSトランジスタN21およびNMOSトランジスタN23へ低電位電圧VSSを供給する。 When the clock signal CK is at a high level, the NMOS transistor N25 conducts and supplies the low potential voltage VSS to the NMOS transistor N21 and the NMOS transistor N23.
このような本実施例によれば、一般的な構成のラッチ回路に比べて、クロック信号が入力されるMOSトランジスタの数を少なくすることができる。これにより、本実施例のラッチ回路およびフリップフロップ回路では、クロック信号のレベルの変化によって消費される電流を少なくすることができる。 According to this embodiment, the number of MOS transistors to which a clock signal is input can be reduced as compared with a latch circuit having a general configuration. Thereby, in the latch circuit and the flip-flop circuit of this embodiment, the current consumed by the change in the level of the clock signal can be reduced.
実施例1では、マスタラッチ1とスレーブラッチ2とで、異なるタイプの複合ゲートを使用した例を示した。これに対して、本実施例では、マスタラッチ1とスレーブラッチ2を同じタイプの複合ゲートで構成したフリップフロップ回路の例を示す。
In the first embodiment, an example in which different types of composite gates are used for the
図5は、本発明の実施例2に係るフリップフロップ回路の構成の例を示す論理ゲートレベルの回路図である。 FIG. 5 is a logic gate level circuit diagram showing an example of the configuration of the flip-flop circuit according to the second embodiment of the present invention.
本実施例では、マスタラッチ1Aとスレーブラッチ2をともに、AND−NOR型の複合ゲートで構成している。スレーブラッチ2は、実施例1と同じ構成であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
In this embodiment, both the
マスタラッチ1Aは、たすき掛け接続されたAND−NOR型の複合ゲートANR11およびANR12と、複合ゲートANR12の出力に接続されたインバータIV11により構成される。
複合ゲートANR11のANDゲートへは、クロック信号CKと複合ゲートANR12の出力信号Aが入力され、複合ゲートANR11のNORゲートへは、データ信号Dが入力される。 The clock signal CK and the output signal A of the composite gate ANR12 are input to the AND gate of the composite gate ANR11, and the data signal D is input to the NOR gate of the composite gate ANR11.
複合ゲートANR12のANDゲートへは、クロック信号CKと、自身の出力信号Aの反転信号であるインバータIV11の出力信号Cが入力され、複合ゲートANR12のNORゲートへは、複合ゲートANR11の出力信号Bが入力される。 The clock signal CK and the output signal C of the inverter IV11 that is an inverted signal of the output signal A are input to the AND gate of the composite gate ANR12, and the output signal B of the composite gate ANR11 is input to the NOR gate of the composite gate ANR12. Is entered.
マスタラッチ1Aも、マスタラッチ1と同じく、クロック信号CKが低レベルであるときに、データ信号Dと反対極性の信号を出力信号Bとして出力し、データ信号Dの極性と同極性の信号を出力信号Aとして出力する。インバータIV11の出力信号Cは、出力信号Aの反転信号であるので、クロック信号CKが低レベルであるとき、データ信号Dと反対極性の信号を出力する。また、クロック信号CKが高レベルの間、出力信号A、出力信号Bおよび出力信号Cのレベルは保持される。
Similarly to the
マスタラッチ1Aは、出力信号Aおよび出力信号Cをスレーブラッチ2へ出力する。
スレーブラッチ2では、マスタラッチ1Aの出力信号Aが複合ゲートANR21のANDゲートへ入力され、マスタラッチ1Aの出力信号Cが複合ゲートANR22のANDゲートへ入力される。
In the
図6は、本実施例のフリップフロップ回路をCMOS回路として構成したときのトランジスタレベルの回路図である。 FIG. 6 is a transistor level circuit diagram when the flip-flop circuit of this embodiment is configured as a CMOS circuit.
図6に示す回路では、マスタラッチ1Aは、複合ゲートANR11およびANR12が、PMOSトランジスタP111〜P115およびNMOSトランジスタN111〜N115で構成され、インバータIV11が、PMOSトランジスタP116およびNMOSトランジスタN116で構成されている。
In the circuit shown in FIG. 6, in the
複合ゲートANR11とANR12は、スレーブラッチ2と同様の回路構成をとり、PMOSトランジスタP115およびNMOSトランジスタN115を共有している。
The composite gates ANR11 and ANR12 have the same circuit configuration as that of the
PMOSトランジスタP115は、クロック信号CKが低レベルであるときに導通し、PMOSトランジスタP111あるいはPMOSトランジスタP113のいずれかを介して、PMOSトランジスタP112およびPMOSトランジスタP114のいずれへも、高電位電圧VDDを供給する。 The PMOS transistor P115 conducts when the clock signal CK is at a low level, and supplies the high potential voltage VDD to either the PMOS transistor P112 or the PMOS transistor P114 via either the PMOS transistor P111 or the PMOS transistor P113. To do.
一方、NMOSトランジスタN115は、クロック信号CKが高レベルであるときに導通し、NMOSトランジスタN111およびNMOSトランジスタN113へ低電位電圧VSSを供給する。 On the other hand, the NMOS transistor N115 becomes conductive when the clock signal CK is at a high level, and supplies the low potential voltage VSS to the NMOS transistor N111 and the NMOS transistor N113.
このような本実施例によれば、フリップフロップ回路のマスタラッチとスレーブラッチを同じタイプの複合ゲートを用いて構成することができる。また、それぞれのラッチ回路の複合ゲート間で、クロック信号が入力されるMOSトランジスタを共有することができ、クロック信号のレベルの変化によって消費される電流を少なくすることができる。 According to this embodiment, the master latch and slave latch of the flip-flop circuit can be configured using the same type of composite gate. Further, the MOS transistors to which the clock signal is input can be shared between the composite gates of the respective latch circuits, and the current consumed by the change in the level of the clock signal can be reduced.
実施例2では、マスタラッチ1Aとスレーブラッチ2とを、同じタイプの複合ゲートで構成している。したがって、図6のトランジスタレベルの回路図からわかるように、マスタラッチ1Aとスレーブラッチ2とで、同じ回路構成で、かつ同じ機能を有する部分がある。そこで、本実施例では、マスタラッチとスレーブラッチとの間で回路の共有化を図ったフリップフロップ回路の例を示す。
In the second embodiment, the
図7は、本発明の実施例3に係るフリップフロップ回路の構成の例を示すトランジスタレベルの回路図である。 FIG. 7 is a transistor level circuit diagram showing an example of the configuration of the flip-flop circuit according to the third embodiment of the present invention.
本実施例のマスタラッチ1Bは、図6に示したマスタラッチ1Aの回路からPMOSトランジスタP111、P113、P115により構成された部分を削除し、削除した部分に、スレーブラッチ2のPMOSトランジスタP21、P23、P25により構成される回路を接続するようにしたものである。
The
すなわち、本実施例では、PMOSトランジスタP21、P23、P25により構成される回路が、スレーブラッチ2とマスタラッチ1Bで共有される。
That is, in the present embodiment, the circuit constituted by the PMOS transistors P21, P23, and P25 is shared by the
図7に示すように、マスタラッチ1BのPMOSトランジスタP112のソース端子は、PMOSトランジスタP21のドレイン端子とPMOSトランジスタP25の一端の接続点に接続され、マスタラッチ1BのPMOSトランジスタP114のソース端子は、PMOSトランジスタP23のドレイン端子とPMOSトランジスタP25の他端の接続点に接続される。
As shown in FIG. 7, the source terminal of the PMOS transistor P112 of the
この接続により、クロック信号CKが低レベルであるときは、PMOSトランジスタP25が導通し、スレーブラッチ2のPMOSトランジスタP22およびPMOSトランジスタP24への高電位電圧VDDの供給と同様、マスタラッチ1BのPMOSトランジスタP112およびPMOSトランジスタP114のいずれに対しても、PMOSトランジスタP21あるいはPMOSトランジスタP23のいずれかを介して、高電位電圧VDDが供給される。
With this connection, when the clock signal CK is at a low level, the PMOS transistor P25 is turned on, and the PMOS transistor P112 of the
このような本実施例によれば、マスタラッチとスレーブラッチで回路を共有することにより、クロック信号が入力されるMOSトランジスタの数をさらに少なくすることができる。これにより、クロック信号のレベルの変化によって消費される電流をさらに少なくすることができる。 According to this embodiment, the number of MOS transistors to which a clock signal is input can be further reduced by sharing the circuit between the master latch and the slave latch. Thereby, the current consumed by the change in the level of the clock signal can be further reduced.
実施例3では、PMOSトランジスタP21、P23、P25により構成される回路を、マスタラッチ1Bとスレーブラッチ2で共有する例を示した。回路を共有することにより、使用するトランジスタ数を少なくでき、消費電流も少なくできる。
In the third embodiment, an example in which a circuit constituted by the PMOS transistors P21, P23, and P25 is shared by the
ただし、回路を共有することにより、PMOSトランジスタP21、P23、P25により構成される回路の負荷が増大するという側面もある。特に、PMOSトランジスタP25は、パストランジスタとして動作するので、負荷が増大すると動作速度の低下が大きくなる。特に、低電圧動作ではその影響が大きい。 However, by sharing the circuit, there is an aspect in which the load of the circuit configured by the PMOS transistors P21, P23, and P25 increases. In particular, since the PMOS transistor P25 operates as a pass transistor, the operation speed decreases greatly as the load increases. In particular, the influence is large in low voltage operation.
そこで、本実施例では、低電圧での性能低下を防止できるフリップフロップ回路の例を示す。 Therefore, in this embodiment, an example of a flip-flop circuit capable of preventing performance degradation at a low voltage is shown.
図8は、本発明の実施例4に係るフリップフロップ回路の構成の例を示すトランジスタレベルの回路図である。 FIG. 8 is a transistor level circuit diagram showing an example of the configuration of the flip-flop circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施例のスレーブラッチ2Aは、図7に示したスレーブラッチ2のPMOSトランジスタP25の代わりに、それぞれソース端子へ高位電圧が供給されるPMOSトランジスタP25AおよびP25Bを設け、PMOSトランジスタP25Aのドレイン端子をPMOSトランジスタP22のソース端子へ接続し、PMOSトランジスタP25Bのドレイン端子をPMOSトランジスタP24のソース端子へ接続したものである。PMOSトランジスタP25AおよびP25Bのゲート端子へクロック信号CKが入力される。
The slave latch 2A of the present embodiment is provided with PMOS transistors P25A and P25B that supply a high voltage to the source terminal instead of the PMOS transistor P25 of the
本実施例では、このPMOSトランジスタP25AおよびP25Bがマスタラッチ1Bと共有され、PMOSトランジスタP25Aのドレイン端子がPMOSトランジスタP112のソース端子へ接続され、PMOSトランジスタP25Bのドレイン端子がPMOSトランジスタP114のソース端子へ接続される。
In this embodiment, the PMOS transistors P25A and P25B are shared with the
このような接続により、クロック信号CKが低レベルのとき、PMOSトランジスタP25Aが導通して、PMOSトランジスタP22およびPMOSトランジスタP112へ高位電圧が供給され、PMOSトランジスタP25Bが導通して、PMOSトランジスタP24およびPMOSトランジスタP114へ高位電圧が供給される。 With this connection, when the clock signal CK is at a low level, the PMOS transistor P25A is turned on, a high voltage is supplied to the PMOS transistor P22 and the PMOS transistor P112, and the PMOS transistor P25B is turned on, so that the PMOS transistor P24 and the PMOS transistor are turned on. A high voltage is supplied to the transistor P114.
すなわち、本実施例では、パストランジスタを介することなく、PMOSトランジスタP25AおよびP25Bが、ダイレクトに、PMOSトランジスタP22、P112、P24およびP114へ高位電圧を供給する。これにより、実施例3に比べてクロック信号CKが入力されるトランジスタの数は1個増えるが、低電圧動作における性能低下を防止することができる。 That is, in this embodiment, the PMOS transistors P25A and P25B directly supply the high-level voltage to the PMOS transistors P22, P112, P24, and P114 without passing through the pass transistor. As a result, the number of transistors to which the clock signal CK is input is increased by one as compared with the third embodiment, but it is possible to prevent performance degradation in low voltage operation.
このような本実施例によれば、クロック信号のレベルの変化によって消費される電流の低減を図りながら、低電圧動作における性能低下も防止することができる。 According to such a present embodiment, it is possible to prevent a decrease in performance in a low voltage operation while reducing a current consumed by a change in the level of the clock signal.
なお、フリップフロップ回路およびラッチ回路に使用する複合ゲートの型は、上述の各実施例に示したものに限るものではない。例えば、実施例1のマスタラッチ1とスレーブラッチ2の構成を入れ替えて、マスタラッチ1をAND−NOR型複合ゲートで構成し、スレーブラッチ2をOR−NAND型複合ゲートで構成するようにしてもよい。
Note that the type of the composite gate used for the flip-flop circuit and the latch circuit is not limited to those shown in the above embodiments. For example, the configurations of the
1、1A、1B マスタラッチ
2、2A スレーブラッチ
IV1、IV2、IV11 インバータ
OND11、OND12 OR−NAND型複合ゲート
ANR11、ANR12、ANR21、ANR22 AND−NOR型複合ゲート
P11〜P15、P15A、P15B、P21〜P25、P25A、P25B、
P111〜P116 PMOSトランジスタ
N11〜N15、N15A、N15B、N21〜N25、
N111〜N116 NMOSトランジスタ
1, 1A,
P111-P116 PMOS transistors N11-N15, N15A, N15B, N21-N25,
N111 to N116 NMOS transistors
Claims (5)
前記マスタラッチの正転出力信号および前記クロック信号が入力される第3のゲート回路と、前記マスタラッチの反転出力信号および前記クロック信号が入力される第4のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるスレーブラッチと
を備え、
前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有し、前記第3のゲート回路と前記第4のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有する
ことを特徴とするフリップフロップ回路。 A master latch configured by connecting a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input and a second gate circuit to which an inverted signal of the data signal and the clock signal are input;
A third gate circuit to which the normal output signal of the master latch and the clock signal are input and a fourth gate circuit to which the inverted output signal of the master latch and the clock signal are input are connected to each other. And a slave latch
The first gate circuit and the second gate circuit share a transistor to which the clock signal is input, and the third gate circuit and the fourth gate circuit share the clock. A flip-flop circuit characterized by sharing a transistor to which a signal is input.
前記マスタラッチの正転出力信号および前記クロック信号が入力される第3のゲート回路と、前記マスタラッチの反転出力信号および前記クロック信号が入力される第4のゲート回路とを、たすき掛け接続して構成されるスレーブラッチと
を備え、
前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有し、前記第3のゲート回路と前記第4のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有する
ことを特徴とするフリップフロップ回路。 A master latch configured by stakingly connecting a first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input and an inverted signal of its own output signal and a second gate circuit to which the clock signal is input;
A third gate circuit to which the normal output signal of the master latch and the clock signal are input and a fourth gate circuit to which the inverted output signal of the master latch and the clock signal are input are connected to each other. And a slave latch
The first gate circuit and the second gate circuit share a transistor to which the clock signal is input, and the third gate circuit and the fourth gate circuit share the clock. A flip-flop circuit characterized by sharing a transistor to which a signal is input.
前記マスタラッチと前記スレーブラッチとの間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタをさらに共有する
ことを特徴とする請求項2に記載のフリップフロップ回路。 The logic gate configuration of the first to fourth gate circuits is the same,
3. The flip-flop circuit according to claim 2, wherein a transistor to which the clock signal is input is further shared between the master latch and the slave latch.
前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有する
ことを特徴とするラッチ回路。 A first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input and a second gate circuit to which an inverted signal of the data signal and the clock signal are input are connected to each other;
A latch circuit, wherein the transistor to which the clock signal is input is shared between the first gate circuit and the second gate circuit.
前記第1のゲート回路と前記第2のゲート回路との間で、前記クロック信号が入力されるトランジスタを共有する
ことを特徴とするラッチ回路。 A first gate circuit to which a data signal and a clock signal are input and a second gate circuit to which an inverted signal of the output signal and the clock signal are input are connected to each other;
A latch circuit, wherein the transistor to which the clock signal is input is shared between the first gate circuit and the second gate circuit.
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