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JP3673230B2 - Flip-flop circuit - Google Patents

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JP3673230B2
JP3673230B2 JP2002060023A JP2002060023A JP3673230B2 JP 3673230 B2 JP3673230 B2 JP 3673230B2 JP 2002060023 A JP2002060023 A JP 2002060023A JP 2002060023 A JP2002060023 A JP 2002060023A JP 3673230 B2 JP3673230 B2 JP 3673230B2
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孝治 藤井
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、占有面積の小さいラッチ回路を応用したフリップフロップ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
記憶回路は現在のデジタル集積回路のなかで大きな部分を占めている。デバイスの微細化とともに、多種多様な機能を同一チップ上に盛り込めるようになった結果、それらの中間結果を、高速アクセスできる形で、同一チップ上に保存しておく必要性があるためである。
【0003】
従来、記憶回路は、ラッチ回路又はフリップフロップ回路で実現されてきた。ラッチ回路は、クロック信号のレベルがハイまたはロウの期間に新規データを取り込む回路である。回路規模は小さいが、データを取り込むタイミング等に十分注意して設計する必要がある。一方、フリップフロップ回路は、クロック信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジで新規データを取り込む回路である。ラッチ回路に比べ回路規模は大きくなるが、タイミング設計が容易であるといった利点がある。
【0004】
近年、ラッチ回路の小面積性とフリップフロップ回路のタイミング設計容易性を合わせもつ回路形式が提案されている。図6にトランスミッションゲート形式のラッチ回路を用いたフリップフロップ回路を示し、図7に図6のフリップフロップ回路のタイミングチャートを示す。このフリップフロップ回路は、インバータ回路G11,G12,G13,G15,G16,G17,G18と、2入力NAND回路G14と、トランスミッションゲートを構成するpMOSトランジスタM11及びnMOSトランジスタM12とからなる。
【0005】
図6のフリップフロップ回路では、インバータ回路G11,G12,G13,G15と2入力NAND回路G14とを用いて、図7に示すようにクロック信号CKの立ち上がりエッジに同期した微小時間幅パルス信号CK*とその反転信号バーCK*とを生成する。この微小時間幅パルス信号CK*,バーCK*でCMOSトランスミッションゲート形式のラッチ回路を駆動することにより、エッジトリガーのフリップフロップ回路として動作させている。しかしながら、図6に示したフリップフロップ回路では、ラッチ回路がトランスミッションゲート方式であるため、回路の小型化が十分でなく、かつ微小時間幅パルス信号CK*,バーCK*の生成のためにインバータ回路G11,G12,G13,G15と2入力NAND回路G14とを追加する必要があった。
【0006】
小型化が可能なラッチ回路としてRAM型構成のラッチ回路が知られている。RAM型ラッチ回路は、SRAM(Static Random Access Memory )に用いられる記憶要素回路を切り出して、単独の記憶回路としたものである。高密度レイアウトを意識した回路構成により、小型であるのが特徴である。図8にRAM型ラッチ回路を示し、図9に図8のRAM型ラッチ回路のタイミングチャートを示す。RAM型ラッチ回路は、インバータ回路G21,G22,G23と、nMOSトランジスタM21,M22,M23,M24とからなる。
【0007】
インバータ回路G21,G22は記憶回路を構成し、データ保持端子QPとQNにデータを保持する。トランジスタM21,M22,M23,M24はデータ保持端子QP,QNにアクセスするためのデバイスである。クロック信号CKがハイレベルの期間は、データ信号Dがデータ保持端子QPに転送され、その反転信号がデータ保持端子QNに転送される通過モードとなり、クロック信号CKがロウレベルの期間は、データ保持端子QPとQNに転送されたデータ信号Dとその反転信号を保持する保持モードとなる。
【0008】
図8のRAM型ラッチ回路は小型化が可能な半面、タイミング設計が困難であるという問題がある。つまり、クロック信号CKがハイレベルの期間では、図9に示すように、データ信号Dがそのままデータ保持端子QPに転送されるので、記憶データの更新を、ある期間内でなく、ある時点に限定する必要があるエッジトリガーフリップフロップ回路には適さないという問題がある。
【0009】
図8に示したRAM型ラッチ回路をマスタースレーブ形式のフリップフロップ回路として構成した回路例を図10に示し、そのタイミングチャートを図11に示す。このフリップフロップ回路は、インバータ回路G31,G32,G33,G34,G35、nMOSトランジスタM31,M32,M33,M34,M35,M36,M37,M38とからなる。
【0010】
図10に示したフリップフロップ回路では、図11に示すように、クロック信号CKPの立ち上がりエッジでデータ信号Dを取り込むことができるので、図8に示したラッチ回路に比べ、タイミング設計が容易である。しかしながら、図10に示したフリップフロップ回路では、RAM型ラッチ回路を2個必要とするため、個々のラッチ回路が小型であっても、全体として面積的に大きくなり不利である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のフリップフロップ回路では小型化が不十分で、フリップフロップ回路を多用するデジタル回路の面積が大きくなってしまうという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、小型のフリップフロップ回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のフリップフロップ回路は、クロック信号が通過モードを示す第1のレベルになる直前にデータ入力端子に入力されたデータ信号を取り込み、前記クロック信号が保持モードを示す第2のレベルのとき前記取り込んだデータ信号を保持するRAM型ラッチ回路と、前記クロック信号が前記第1のレベルのとき前記データ信号と前記データ入力端子とを電気的に分離し、前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記データ信号を前記データ入力端子に入力するスイッチ回路とを有し、前記クロック信号が前記第2のレベルから前記第1のレベルになる直前に前記データ入力端子に入力されたデータ信号を前記RAM型ラッチ回路に格納するものである。本発明では、基本となるラッチ回路をRAM型構成とし、このラッチ回路のデータ入力端子にスイッチ回路を接続して、データ信号とラッチ回路とを電気的に分離できるようにした。このような構成により、ラッチ回路が通過モードとなったとき、データ信号はラッチ回路から切り離され、ラッチ回路のデータ入力端子はフローティング状態となる。したがって、ラッチ回路が通過モードの期間にデータ信号が更新されたとしても、ラッチ回路が保持するデータには反映されない。ラッチ回路に保持されるデータは、クロック信号が第2のレベルから第1のレベルに変化するとき(立ち下がりエッジ又は立ち上がりエッジ)のみ取り込まれるので、エッジトリガー形式のフリップフロップ回路として動作させることができる。一方、ラッチ回路が通過モードの期間、データ信号はRAM型ラッチ回路にダイナミックに保持される。このとき、RAM型ラッチ回路のデータ保持部はインバータのクロスカップル構造を維持しているため、仮にデータ入力端子の電荷が消失して、駆動するMOSFETがオフとなっても前サイクルのデータを保持し、誤ったデータの更新を防止することができる。本発明により、小型レイアウトが可能なRAM型ラッチ回路1つとスイッチ回路で、エッジトリガー形式のDフリップフロップ回路を実現できる。
【0013】
また、本発明のフリップフロップ回路の1構成例において、前記スイッチ回路は、ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第1のトランジスタ(図1、図3のM1)と、ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第2のトランジスタ(M2)とからなるものである。
また、本発明のフリップフロップ回路の1構成例において、前記スイッチ回路は、前記クロック信号を反転させるインバータと、ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第1導電型の第1のトランジスタ(図4、図5のM1)と、ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第1導電型の第2のトランジスタ(M2)と、ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が前記第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記インバータの出力信号が前記第1のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第2導電型の第3のトランジスタ(M7)と、ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が前記第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記インバータの出力信号が前記第1のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第2導電型の第4のトランジスタ(M8)とからなるものである。
【0014】
また、本発明のフリップフロップ回路の1構成例において、前記RAM型ラッチ回路は、入力端子が第1のデータ保持端子に接続され、出力端子が第2のデータ保持端子に接続された第1のインバータ(図1、図4のG1)と、入力端子が前記第2のデータ保持端子に接続され、出力端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第2のインバータ(G2)と、ゲート端子が前記スイッチ回路の第1のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第5のトランジスタ(M3)と、ドレイン端子が前記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第6のトランジスタ(M4)と、ゲート端子が前記スイッチ回路の第2のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第2のデータ保持端子に接続された第7のトランジスタ(M6)と、ドレイン端子が前記第7のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第8のトランジスタ(M5)とからなるものである。
また、本発明のフリップフロップ回路の1構成例において、前記RAM型ラッチ回路は、入力端子が第1のデータ保持端子に接続され、出力端子が第2のデータ保持端子に接続された第1のインバータ(図3、図5のG1)と、一方の入力端子が前記第2のデータ保持端子に接続され、他方の入力端子にクリア信号が入力され、出力端子が前記第1のデータ保持端子に接続された2入力否定論理積回路(G5)と、ゲート端子が前記スイッチ回路の第1のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第5のトランジスタ(M3)と、ドレイン端子が前記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第6のトランジスタ(M4)と、ゲート端子が前記スイッチ回路の第2のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第2のデータ保持端子に接続された第7のトランジスタ(M6)と、ドレイン端子が前記第7のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第8のトランジスタ(M5)とからなり、前記クリア信号の入力により、前記第1のデータ保持端子と前記第2のデータ保持端子に保持されたデータの論理値を所望の値に固定するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図である。本実施の形態のフリップフロップ回路は、RAM型ラッチ回路とスイッチ回路とインバータ回路G4とから構成される。RAM型ラッチ回路は、nMOSトランジスタM3,M4,M5,M6と、インバータ回路G1,G2,G3とを有している。スイッチ回路は、nMOSトランジスタM1,M2とを有している。
【0016】
インバータ回路G1,G2は、データ保持部を構成している。インバータ回路G1の入力端子とインバータ回路G2の出力端子との接続点が第1のデータ保持端子QNとなり、インバータ回路G1の出力端子とインバータ回路G2の入力端子との接続点が第2のデータ保持端子QPとなる。なお、データ保持端子QPとその反転端子であるQNは本実施の形態のフリップフロップ回路の出力端子となる。
【0017】
インバータ回路G3はデータ信号Dを入力として、その反転信号を出力する。インバータ回路G4はクロック信号CKを入力として、その反転信号を出力する。nMOSトランジスタM1,M2,M3,M4,M5,M6は、データ入力制御部を構成している。トランジスタM1,M2,M3,M4,M5,M6の各々は、クロック信号CK、データ信号D、あるいはそれらの反転信号により制御され、グランド電極にデータ保持部を接続したり、切り離したりする。
【0018】
トランジスタM2,M1は、ゲート端子に入力されるクロック信号CKによりオンオフが制御され、データ信号Dとその反転信号をデータ保持部に転送したり、データ保持部から切り離したりする役割を果たす。トランジスタM1は、インバータ回路G3からソース端子に入力されるデータ信号Dの反転信号を、ドレイン端子(第1のスイッチ出力端子)からトランジスタM3のゲート端子(RAM型ラッチ回路の第1のデータ入力端子)に出力する。トランジスタM2は、ソース端子に入力されるデータ信号Dを、ドレイン端子(第2のスイッチ出力端子)からトランジスタM6のゲート端子(RAM型ラッチ回路の第2のデータ入力端子)に出力する。
【0019】
すなわち、クロック信号CKがハイレベル(第2のレベル)の期間、トランジスタM1,M2はオンとなり、データ信号Dの反転信号をトランジスタM3のゲート端子に転送すると共に、データ信号DをトランジスタM6のゲート端子に転送する。一方、クロック信号CKがロウレベル(第1のレベル)の期間、トランジスタM1,M2はオフとなり、トランジスタM3,M6のゲート端子をデータ入力から切り離し、フローティングとする。
【0020】
トランジスタM4,M5のソース端子はグランド電極と接続され、ドレイン端子はそれぞれトランジスタM3,M6のドレイン端子と接続される。また、トランジスタM3,M6のソース端子はそれぞれデータ保持端子QN,QPと接続される。トランジスタM4,M5は、インバータ回路G4からゲート端子に入力されるクロック信号CKの反転信号によりオンオフが制御され、トランジスタM3とM6を介してデータ保持部のデータ保持端子QN,QPを強制的にグランド電極と接続したり、グランド電極から切り離したりする役割を果たす。
【0021】
クロック信号CKがロウレベルの期間、トランジスタM4,M5はオンとなる。その結果、クロック信号CKがロウレベルになる直前のデータ信号Dの値によりQNまたはQPどちらかのデータ保持端子がグランド電極に接続される。このとき、データ信号Dがデータ保持部に格納される。この動作の詳細については後述する。また、クロック信号CKがハイレベルの期間、トランジスタM4,M5はオフとなり、インバータ回路G1,G2のデータ保持部を保持モードにする。
【0022】
本実施の形態の動作のタイミングチャートを図2に示す。図2はデータ信号D、クロック信号CK及びデータ保持端子QPの信号波形を示している。クロック信号CKの立ち下がりでデータ信号Dが取り込まれて保持され、エッジトリガー形式のフリップフロップ回路として動作していることが分かる。
【0023】
図8のRAM型ラッチ回路との違いは、トランジスタM1,M2を設けたことにより、ラッチ回路が通過モード、すなわちクロック信号CKがロウレベルとなっている期間、データ信号DがトランジスタM3,M6のゲート端子から電気的に切り離されていることである。このため、通過モードの期間中にデータ信号Dが更新されたとしても、データ保持部の保持データには反映されない。データ信号Dのデータ保持部への取り込みは、クロック信号CKがハイレベルからロウレベルに切り替わるエッジにおいてのみ行われる。
【0024】
例えば、クロック信号CKがハイレベルの状態で、データ信号Dがハイレベルの場合、トランジスタM3のゲート端子にはロウレベル、トランジスタM6のゲート端子にはハイレベルが与えられる。ここで、クロック信号CKがロウレベルに切り替わると、トランジスタM3,M6のゲート端子がフローティング状態となり、クロック信号CKがロウレベルになる直前のデータ信号Dによる電荷がトランジスタM3,M6のゲート端子に保持され、トランジスタM3がオフ、トランジスタM6がオンの状態が維持される。クロック信号CKがロウレベルになることにより、トランジスタM4,M5がオンとなるので、トランジスタM5,M6を介してデータ保持端子QPがグランド電極に接続され、データ信号Dがデータ保持部に格納される。
【0025】
一方、クロック信号CKがハイレベルの状態で、データ信号Dがロウレベルの場合、トランジスタM3のゲート端子にはハイレベル、トランジスタM6のゲート端子にはロウレベルが与えられる。ここで、クロック信号CKがロウレベルに切り替わると、前記と同様にクロック信号CKがロウレベルになる直前の電荷がトランジスタM3,M6のゲート端子に保持され、トランジスタM3がオン、トランジスタM6がオフの状態が維持される。そして、トランジスタM4,M5がオンとなることにより、トランジスタM3,M4を介してデータ保持端子QNがグランド電極に接続され、データ信号Dがデータ保持部に格納される。
【0026】
クロック信号CKがロウレベルの期間では、クロック信号CKがロウレベルになる直前のデータ信号Dによる電荷がトランジスタM3,M6のゲート端子に保持されているが、この電荷が時間の経過に伴ってリーク電流により消失し、オン状態のトランジスタM3又はM6がオフとなって、データ保持部のデータを更新する恐れがある。
【0027】
しかしながら、データ保持部は2対のインバータ回路G1,G2で構成されているので、このデータ保持部のデータを反転させるためには大きな電流をデータ保持端子QP又はQNに注入する必要がある。しかし、電荷が消失してなかばオフになろうとしているトランジスタM3又はM6にはそのような電流供給能力はない。したがって、データ保持部のデータが誤って更新される可能性は非常に小さく、エッジトリガー形式のフリップフロップ回路としての機能を維持することができる。
【0028】
以上により、本実施の形態では、RAM型ラッチ回路の採用でラッチ回路そのものを小型化し、新たな付加回路により、1個のラッチ回路のみでフリップフロップ回路として動作させることができるので、従来より小型なフリップフロップ回路を実現することができる。また、データの取り込み、保持のタイミングを制御性良く行うため、インバータ回路G4によりフリップフロップ回路の内部で逆相のクロック信号を生成するようにした。
【0029】
[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のフリップフロップ回路は、第1の実施の形態のフリップフロップ回路において、インバータ回路G2の代わりに2入力NAND回路(2入力否定論理積回路)G5を使用し、新たにクリア入力信号CLRを追加して、データ保持部の保持データを強制的にQP=0、QN=1とできるようにしたものである。
【0030】
インバータ回路G1と2入力NAND回路G5は、データ保持部を構成している。インバータ回路G1の入力端子と2入力NAND回路G5の出力端子との接続点がデータ保持端子QNとなり、インバータ回路G1の出力端子と2入力NAND回路G5の一方の入力端子との接続点がデータ保持端子QPとなる。また、2入力NAND回路G5の他方の入力端子にはクリア入力信号CLRが入力される。
【0031】
クリア入力信号CLRをハイレベル、すなわち論理値1に設定した場合、2入力NAND回路G5はインバータ回路G2と同じ動作をする。したがって、このときの動作は第1の実施の形態で説明したとおりである。一方、クリア入力信号CLRをロウレベル、すなわち論理値0に設定した場合、2入力NAND回路G5の出力端子はハイレベルとなり、データ保持端子QNは論理値1に固定され、結果としてデータ保持端子QPは論理値0に固定される。こうして、データ保持部の保持データをQP=0、QN=1に設定することができる。
【0032】
[第3の実施の形態]
図4は本発明の第3の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のフリップフロップ回路は、第1の実施の形態のフリップフロップ回路にpMOSトランジスタM7,M8を加えることにより、データ入力とRAM型ラッチ回路とを接続するnMOSパストランジスタM1,M2をCMOSトランスミッションゲートで置き換えたものである。
【0033】
nMOSトランジスタM1とpMOSトランジスタM7は第1のCMOSトランスミッションゲートを構成し、nMOSトランジスタM2とpMOSトランジスタM8は第2のCMOSトランスミッションゲートを構成している。トランジスタM7のソース端子はインバータ回路G3の出力端子に接続され、ドレイン端子はトランジスタM3のゲート端子に接続される。トランジスタM8のソース端子にはデータ信号Dが入力され、ドレイン端子はトランジスタM6のゲート端子に接続される。
【0034】
そして、トランジスタM7,M8のゲート端子はインバータ回路G4の出力端子に接続される。したがって、クロック信号CKがハイレベルの期間、トランジスタM1,M2,M7,M8はオンとなり、クロック信号CKがロウレベルの期間、トランジスタM1,M2、M7、M8はオフとなるので、フリップフロップ回路としての動作は第1の実施の形態と同じになる。本実施の形態では、CMOSトランスミッションゲートを用いることにより、ノードN1,N2(トランジスタM3、M6のゲート端子)での電圧振幅を電源電位とすることができるので、ノイズマージンを大きくすることができる。
【0035】
[第4の実施の形態]
図5は本発明の第4の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図であり、図1、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のフリップフロップ回路は、第3の実施の形態のフリップフロップ回路において、インバータ回路G2の代わりに2入力NAND回路G5を使用し、新たにクリア入力信号CLRを追加して、データ保持部の保持データを強制的にQP=0、QN=1とできるようにしたものである。
【0036】
インバータ回路G1と2入力NAND回路G5は、データ保持部を構成している。インバータ回路G1の入力端子と2入力NAND回路G5の出力端子との接続点がデータ保持端子QNとなり、インバータ回路G1の出力端子と2入力NAND回路G5の一方の入力端子との接続点がデータ保持端子QPとなる。また、2入力NAND回路G5の他方の入力端子にはクリア入力信号CLRが入力される。
【0037】
クリア入力信号CLRを論理値1に設定した場合、2入力NAND回路G5はインバータ回路G2と同じ動作をする。したがって、このときの動作は第3の実施の形態で説明したとおりである。一方、クリア入力信号CLRを論理値0に設定した場合、データ保持端子QNは論理値1に固定され、データ保持端子QPは論理値0に固定される。こうして、データ保持部の保持データをQP=0、QN=1に設定することができる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、クロック信号が通過モードを示す第1のレベルのときデータ入力端子に入力されたデータ信号を取り込み、クロック信号が保持モードを示す第2のレベルのとき取り込んだデータ信号を保持するRAM型ラッチ回路と、クロック信号が第1のレベルのときデータ信号とデータ入力端子とを電気的に分離し、クロック信号が第2のレベルのときデータ信号とデータ入力端子とを接続するスイッチ回路とを設けることにより、小型レイアウトが可能なRAM型ラッチ回路1つとスイッチ回路で、エッジトリガー形式のDフリップフロップ回路を実現することができる。このため、従来2つのラッチ回路を要した記憶回路を小型化して、エッジトリガーフリップフロップ回路の占有面積を大幅に削減することができ、フリップフロップ回路を多用するデジタル回路全体の占有面積を小さくして、デジタル回路の集積度を高めることができる。その結果、同一面積の半導体チップ上により多くの機能を盛り込んだり、同一機能をより小さい面積で実現でき、半導体の利用効率を高めて、回路の高速化、低消費電力化を図ることができる。
【0039】
また、第1導電型の第1のトランジスタと第2導電型の第3のトランジスタとから1つのトランスミッションゲートを構成し、第1導電型の第2のトランジスタと第2導電型の第4のトランジスタとからもう1つのトランスミッションゲートを構成することにより、第1のスイッチ出力端子と第2のスイッチ出力端子における電圧振幅を電源電位とすることができるので、ノイズマージンを大きくすることができる。
【0040】
また、第2のインバータの代わりに、一方の入力端子が第2のデータ保持端子に接続され、他方の入力端子にクリア信号が入力され、出力端子が第1のデータ保持端子に接続された2入力否定論理積回路を用いることにより、クリア信号の設定によってフリップフロップ回路として動作させたり、第1のデータ保持端子と第2のデータ保持端子に保持されたデータの論理値を所望の値に固定したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図である。
【図2】 図1のフリップフロップ回路の動作を示すタイミングチャート図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図である。
【図4】 本発明の第3の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図である。
【図5】 本発明の第4の実施の形態となるRAM型ラッチ回路を用いたフリップフロップ回路の回路図である。
【図6】 トランスミッションゲート形式のラッチ回路を用いた従来のフリップフロップ回路の回路図である。
【図7】 図6のフリップフロップ回路の動作を示すタイミングチャート図である。
【図8】 従来のRAM型ラッチ回路の回路図である。
【図9】 図8のRAM型ラッチ回路の動作を示すタイミングチャート図である。
【図10】 RAM型ラッチ回路を用いた従来のマスタースレーブ方式のフリップフロップ回路の回路図である。
【図11】 図10のフリップフロップ回路の動作を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
G1〜G4…インバータ回路、G5…2入力NAND回路、M1〜M6…nMOSトランジスタ、M7、M8…pMOSトランジスタ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flip-flop circuit to which a latch circuit having a small occupation area is applied.
[0002]
[Prior art]
Memory circuits occupy a large portion of current digital integrated circuits. This is because, along with the miniaturization of devices, various functions can be incorporated on the same chip, so that intermediate results need to be stored on the same chip in a form that can be accessed at high speed.
[0003]
Conventionally, a memory circuit has been realized by a latch circuit or a flip-flop circuit. The latch circuit is a circuit that captures new data while the level of the clock signal is high or low. Although the circuit scale is small, it is necessary to design with careful attention to the timing of fetching data. On the other hand, the flip-flop circuit is a circuit that captures new data at the rising edge or falling edge of the clock signal. Although the circuit scale is larger than that of the latch circuit, there is an advantage that the timing design is easy.
[0004]
In recent years, a circuit format that combines the small area of a latch circuit with the ease of timing design of a flip-flop circuit has been proposed. FIG. 6 shows a flip-flop circuit using a transmission gate type latch circuit, and FIG. 7 shows a timing chart of the flip-flop circuit of FIG. This flip-flop circuit includes inverter circuits G11, G12, G13, G15, G16, G17, and G18, a two-input NAND circuit G14, and a pMOS transistor M11 and an nMOS transistor M12 that constitute a transmission gate.
[0005]
In the flip-flop circuit of FIG. 6, using the inverter circuits G11, G12, G13, G15 and the two-input NAND circuit G14, a minute time width pulse signal CK * synchronized with the rising edge of the clock signal CK as shown in FIG. And its inverted signal bar CK *. A CMOS transmission gate type latch circuit is driven by these minute time width pulse signals CK * and CK * to operate as an edge trigger flip-flop circuit. However, in the flip-flop circuit shown in FIG. 6, since the latch circuit is a transmission gate system, the circuit is not sufficiently miniaturized, and an inverter circuit is used to generate minute time width pulse signals CK * and CK *. It was necessary to add G11, G12, G13, G15 and a two-input NAND circuit G14.
[0006]
A latch circuit having a RAM type structure is known as a latch circuit that can be downsized. The RAM-type latch circuit is a single memory circuit that is cut out from a memory element circuit used in an SRAM (Static Random Access Memory). It is characterized by its small size due to its circuit configuration that is conscious of high-density layout. FIG. 8 shows a RAM type latch circuit, and FIG. 9 shows a timing chart of the RAM type latch circuit of FIG. The RAM type latch circuit includes inverter circuits G21, G22, G23 and nMOS transistors M21, M22, M23, M24.
[0007]
Inverter circuits G21 and G22 constitute a memory circuit and hold data at data holding terminals QP and QN. Transistors M21, M22, M23, and M24 are devices for accessing the data holding terminals QP and QN. When the clock signal CK is at a high level, the data signal D is transferred to the data holding terminal QP and the inverted signal is transferred to the data holding terminal QN. When the clock signal CK is at a low level, the data holding terminal The holding mode for holding the data signal D transferred to QP and QN and its inverted signal is set.
[0008]
Although the RAM type latch circuit of FIG. 8 can be miniaturized, there is a problem that timing design is difficult. That is, since the data signal D is transferred as it is to the data holding terminal QP as shown in FIG. 9 during the period when the clock signal CK is at the high level, the update of the stored data is limited to a certain time point, not within a certain period. There is a problem that it is not suitable for an edge trigger flip-flop circuit that needs to be performed.
[0009]
FIG. 10 shows a circuit example in which the RAM type latch circuit shown in FIG. 8 is configured as a master-slave type flip-flop circuit, and FIG. 11 shows a timing chart thereof. This flip-flop circuit includes inverter circuits G31, G32, G33, G34, G35 and nMOS transistors M31, M32, M33, M34, M35, M36, M37, M38.
[0010]
In the flip-flop circuit shown in FIG. 10, since the data signal D can be taken in at the rising edge of the clock signal CKP as shown in FIG. 11, the timing design is easier than in the latch circuit shown in FIG. . However, since the flip-flop circuit shown in FIG. 10 requires two RAM-type latch circuits, even if each latch circuit is small, it is disadvantageous because the area is large as a whole.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional flip-flop circuit is insufficiently miniaturized, and there is a problem that the area of the digital circuit that frequently uses the flip-flop circuit is increased.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a small-sized flip-flop circuit.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The flip-flop circuit of the present invention has a first level at which the clock signal indicates the passing mode. Just before A RAM type latch circuit that captures the data signal input to the data input terminal and retains the captured data signal when the clock signal is at the second level indicating the retention mode; and the clock signal is at the first level. When the data signal and the data input terminal are electrically separated, and the clock signal is at the second level The data signal is input to the data input terminal A switching circuit, and the clock signal is changed from the second level to the first level. Was input to the data input terminal just before A data signal is stored in the RAM type latch circuit. In the present invention, the basic latch circuit has a RAM type configuration, and a switch circuit is connected to the data input terminal of the latch circuit so that the data signal and the latch circuit can be electrically separated. With this configuration, when the latch circuit is in the passing mode, the data signal is disconnected from the latch circuit, and the data input terminal of the latch circuit is in a floating state. Therefore, even if the data signal is updated while the latch circuit is in the passing mode, it is not reflected in the data held by the latch circuit. Since the data held in the latch circuit is captured only when the clock signal changes from the second level to the first level (falling edge or rising edge), it can be operated as an edge trigger type flip-flop circuit. it can. On the other hand, the data signal is dynamically held in the RAM type latch circuit while the latch circuit is in the passing mode. At this time, since the data holding unit of the RAM type latch circuit maintains the cross-coupled structure of the inverter, the data of the previous cycle is held even if the charge of the data input terminal disappears and the driving MOSFET is turned off. In addition, erroneous data updates can be prevented. According to the present invention, an edge trigger type D flip-flop circuit can be realized by one RAM type latch circuit and a switch circuit capable of a small layout.
[0013]
In the configuration example of the flip-flop circuit of the present invention, the switch circuit has an inverted signal of the data signal input to the source terminal, a drain terminal connected to the first switch output terminal, and an input to the gate terminal. In addition, when the clock signal is at the second level, a first transistor (M1 in FIGS. 1 and 3) that outputs the input inverted signal to the first switch output terminal, and the data signal at the source terminal Is input, the drain terminal is connected to the second switch output terminal, and the input data signal is output to the second switch output terminal when the clock signal input to the gate terminal is at the second level. And the second transistor (M2).
In one configuration example of the flip-flop circuit of the present invention, the switch circuit includes: An inverter for inverting the clock signal; The inverted signal of the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the first switch output terminal, and the input inverted signal is input when the clock signal input to the gate terminal is at the second level. The first conductivity type first transistor (M1 in FIGS. 4 and 5) to be output to the first switch output terminal, the data signal is input to the source terminal, and the drain terminal is to the second switch output terminal. A second transistor (M2) of a first conductivity type that is connected and outputs the input data signal to the second switch output terminal when the clock signal input to the gate terminal is at the second level; The inverted signal of the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the first switch output terminal, and is input to the gate terminal. The output signal of the inverter is the first A third transistor (M7) of the second conductivity type that outputs the inputted inverted signal to the first switch output terminal when the level is, the data signal is inputted to the source terminal, and the drain terminal is the first transistor 2 connected to the switch output terminal and input to the gate terminal The output signal of the inverter is the first And a fourth transistor (M8) of the second conductivity type that outputs the inputted data signal to the second switch output terminal when the level is.
[0014]
Further, in one configuration example of the flip-flop circuit of the present invention, the RAM type latch circuit has a first input terminal connected to the first data holding terminal and an output terminal connected to the second data holding terminal. An inverter (G1 in FIGS. 1 and 4), a second inverter (G2) having an input terminal connected to the second data holding terminal and an output terminal connected to the first data holding terminal, and a gate A fifth transistor (M3) having a terminal connected to the first switch output terminal of the switch circuit, a source terminal connected to the first data holding terminal, and a drain terminal being the drain terminal of the fifth transistor A sixth transistor that connects between the drain terminal and the source terminal when the source terminal is grounded and the clock signal input to the gate terminal is at the first level M4), a seventh transistor (M6) having a gate terminal connected to the second switch output terminal of the switch circuit, a source terminal connected to the second data holding terminal, and a drain terminal being the seventh transistor. And an eighth transistor (M5) connecting the drain terminal and the source terminal when the clock signal input to the gate terminal is at the first level. It will be.
Further, in one configuration example of the flip-flop circuit of the present invention, the RAM type latch circuit has a first input terminal connected to the first data holding terminal and an output terminal connected to the second data holding terminal. An inverter (G1 in FIGS. 3 and 5), one input terminal is connected to the second data holding terminal, a clear signal is input to the other input terminal, and an output terminal is connected to the first data holding terminal A connected two-input NAND circuit (G5), and a fifth transistor (a gate terminal connected to the first switch output terminal of the switch circuit and a source terminal connected to the first data holding terminal) M3), the drain terminal is connected to the drain terminal of the fifth transistor, the source terminal is grounded, and the drain signal is input when the clock signal input to the gate terminal is at the first level. A sixth transistor (M4) for connecting the terminal and the source terminal; a seventh terminal having a gate terminal connected to the second switch output terminal of the switch circuit; and a source terminal connected to the second data holding terminal. Transistor (M6), the drain terminal is connected to the drain terminal of the seventh transistor, the source terminal is grounded, and when the clock signal input to the gate terminal is at the first level, the drain terminal and the source terminal And an eighth transistor (M5) that connects the first data holding terminal and the second data holding terminal to the desired logic value by inputting the clear signal. It is to be fixed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to the first embodiment of the present invention. The flip-flop circuit of this embodiment includes a RAM type latch circuit, a switch circuit, and an inverter circuit G4. The RAM type latch circuit has nMOS transistors M3, M4, M5, and M6 and inverter circuits G1, G2, and G3. The switch circuit has nMOS transistors M1 and M2.
[0016]
Inverter circuits G1 and G2 constitute a data holding unit. The connection point between the input terminal of the inverter circuit G1 and the output terminal of the inverter circuit G2 is the first data holding terminal QN, and the connection point between the output terminal of the inverter circuit G1 and the input terminal of the inverter circuit G2 is the second data holding terminal. Terminal QP. The data holding terminal QP and its inverting terminal QN are output terminals of the flip-flop circuit of the present embodiment.
[0017]
The inverter circuit G3 receives the data signal D and outputs its inverted signal. The inverter circuit G4 receives the clock signal CK and outputs its inverted signal. The nMOS transistors M1, M2, M3, M4, M5, and M6 constitute a data input control unit. Each of the transistors M1, M2, M3, M4, M5, and M6 is controlled by the clock signal CK, the data signal D, or an inverted signal thereof, and connects or disconnects the data holding unit to the ground electrode.
[0018]
The transistors M2 and M1 are controlled to be turned on and off by a clock signal CK input to the gate terminal, and play a role of transferring the data signal D and its inverted signal to the data holding unit and disconnecting from the data holding unit. The transistor M1 outputs an inverted signal of the data signal D input to the source terminal from the inverter circuit G3, and the drain terminal (first switch output terminal) to the gate terminal of the transistor M3 (first data input terminal of the RAM type latch circuit). ). The transistor M2 outputs the data signal D input to the source terminal from the drain terminal (second switch output terminal) to the gate terminal of the transistor M6 (second data input terminal of the RAM type latch circuit).
[0019]
That is, during a period when the clock signal CK is at a high level (second level), the transistors M1 and M2 are turned on to transfer an inverted signal of the data signal D to the gate terminal of the transistor M3 and to transfer the data signal D to the gate of the transistor M6. Transfer to the terminal. On the other hand, during the period when the clock signal CK is at the low level (first level), the transistors M1 and M2 are turned off, and the gate terminals of the transistors M3 and M6 are disconnected from the data input to be in a floating state.
[0020]
The source terminals of the transistors M4 and M5 are connected to the ground electrode, and the drain terminals are connected to the drain terminals of the transistors M3 and M6, respectively. The source terminals of the transistors M3 and M6 are connected to the data holding terminals QN and QP, respectively. The transistors M4 and M5 are controlled to be turned on / off by an inverted signal of the clock signal CK input to the gate terminal from the inverter circuit G4, and the data holding terminals QN and QP of the data holding unit are forcibly grounded through the transistors M3 and M6. It plays a role of connecting with an electrode or disconnecting from a ground electrode.
[0021]
The transistors M4 and M5 are turned on while the clock signal CK is at a low level. As a result, the data holding terminal of either QN or QP is connected to the ground electrode depending on the value of the data signal D immediately before the clock signal CK goes low. At this time, the data signal D is stored in the data holding unit. Details of this operation will be described later. Further, during the period when the clock signal CK is at the high level, the transistors M4 and M5 are turned off, and the data holding units of the inverter circuits G1 and G2 are set in the holding mode.
[0022]
A timing chart of the operation of this embodiment is shown in FIG. FIG. 2 shows signal waveforms of the data signal D, the clock signal CK, and the data holding terminal QP. It can be seen that the data signal D is captured and held at the falling edge of the clock signal CK, and operates as an edge trigger type flip-flop circuit.
[0023]
8 differs from the RAM type latch circuit of FIG. 8 in that the transistors M1 and M2 are provided, so that the data signal D is the gate of the transistors M3 and M6 while the latch circuit is in the passing mode, that is, the period when the clock signal CK is at the low level. It is electrically disconnected from the terminal. For this reason, even if the data signal D is updated during the pass mode, it is not reflected in the data held in the data holding unit. The data signal D is taken into the data holding unit only at the edge where the clock signal CK switches from the high level to the low level.
[0024]
For example, when the clock signal CK is at a high level and the data signal D is at a high level, a low level is applied to the gate terminal of the transistor M3 and a high level is applied to the gate terminal of the transistor M6. Here, when the clock signal CK is switched to the low level, the gate terminals of the transistors M3 and M6 are in a floating state, and the charge due to the data signal D immediately before the clock signal CK becomes the low level is held in the gate terminals of the transistors M3 and M6. The state where the transistor M3 is off and the transistor M6 is on is maintained. As the clock signal CK goes low, the transistors M4 and M5 are turned on, so that the data holding terminal QP is connected to the ground electrode via the transistors M5 and M6, and the data signal D is stored in the data holding unit.
[0025]
On the other hand, when the clock signal CK is at a high level and the data signal D is at a low level, a high level is applied to the gate terminal of the transistor M3 and a low level is applied to the gate terminal of the transistor M6. Here, when the clock signal CK is switched to the low level, the charge immediately before the clock signal CK goes to the low level is held in the gate terminals of the transistors M3 and M6, and the transistor M3 is on and the transistor M6 is off. Maintained. When the transistors M4 and M5 are turned on, the data holding terminal QN is connected to the ground electrode via the transistors M3 and M4, and the data signal D is stored in the data holding unit.
[0026]
During the period when the clock signal CK is at the low level, the charge due to the data signal D immediately before the clock signal CK becomes the low level is held at the gate terminals of the transistors M3 and M6. The transistor M3 or M6 in the on state may be turned off and the data in the data holding unit may be updated.
[0027]
However, since the data holding unit is composed of two pairs of inverter circuits G1 and G2, it is necessary to inject a large current into the data holding terminal QP or QN in order to invert the data in the data holding unit. However, the transistor M3 or M6 which is going to be turned off if the charge is not lost does not have such a current supply capability. Therefore, the possibility that the data in the data holding unit is erroneously updated is very small, and the function as an edge trigger type flip-flop circuit can be maintained.
[0028]
As described above, in the present embodiment, the size of the latch circuit itself can be reduced by adopting the RAM type latch circuit, and a new additional circuit can be operated as a flip-flop circuit with only one latch circuit. A flip-flop circuit can be realized. In addition, in order to perform data fetching and holding timing with good controllability, a reverse-phase clock signal is generated inside the flip-flop circuit by the inverter circuit G4.
[0029]
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The flip-flop circuit of this embodiment uses a 2-input NAND circuit (2-input NAND circuit) G5 in place of the inverter circuit G2 in the flip-flop circuit of the first embodiment, and a new clear input signal. By adding CLR, the data held in the data holding unit can be forcibly set to QP = 0 and QN = 1.
[0030]
The inverter circuit G1 and the 2-input NAND circuit G5 constitute a data holding unit. The connection point between the input terminal of the inverter circuit G1 and the output terminal of the 2-input NAND circuit G5 becomes the data holding terminal QN, and the connection point between the output terminal of the inverter circuit G1 and one input terminal of the 2-input NAND circuit G5 holds the data. Terminal QP. The clear input signal CLR is input to the other input terminal of the 2-input NAND circuit G5.
[0031]
When the clear input signal CLR is set to a high level, that is, a logical value 1, the 2-input NAND circuit G5 operates in the same manner as the inverter circuit G2. Therefore, the operation at this time is as described in the first embodiment. On the other hand, when the clear input signal CLR is set to the low level, that is, the logical value 0, the output terminal of the 2-input NAND circuit G5 becomes the high level, the data holding terminal QN is fixed to the logical value 1, and as a result, the data holding terminal QP is Fixed to a logical value of zero. In this way, the data held in the data holding unit can be set to QP = 0 and QN = 1.
[0032]
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the flip-flop circuit of this embodiment, pMOS transistors M7 and M8 are added to the flip-flop circuit of the first embodiment, so that the nMOS pass transistors M1 and M2 that connect the data input and the RAM type latch circuit are CMOS. It was replaced with a transmission gate.
[0033]
The nMOS transistor M1 and the pMOS transistor M7 constitute a first CMOS transmission gate, and the nMOS transistor M2 and the pMOS transistor M8 constitute a second CMOS transmission gate. The source terminal of the transistor M7 is connected to the output terminal of the inverter circuit G3, and the drain terminal is connected to the gate terminal of the transistor M3. The data signal D is input to the source terminal of the transistor M8, and the drain terminal is connected to the gate terminal of the transistor M6.
[0034]
The gate terminals of the transistors M7 and M8 are connected to the output terminal of the inverter circuit G4. Accordingly, the transistors M1, M2, M7, and M8 are turned on while the clock signal CK is at a high level, and the transistors M1, M2, M7, and M8 are turned off while the clock signal CK is at a low level. The operation is the same as in the first embodiment. In this embodiment, by using the CMOS transmission gate, the voltage amplitude at the nodes N1 and N2 (the gate terminals of the transistors M3 and M6) can be set to the power supply potential, so that the noise margin can be increased.
[0035]
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. The flip-flop circuit according to the present embodiment uses the 2-input NAND circuit G5 instead of the inverter circuit G2 in the flip-flop circuit according to the third embodiment, and newly adds a clear input signal CLR to hold data. The data held in the copy can be forcibly set to QP = 0 and QN = 1.
[0036]
The inverter circuit G1 and the 2-input NAND circuit G5 constitute a data holding unit. The connection point between the input terminal of the inverter circuit G1 and the output terminal of the 2-input NAND circuit G5 becomes the data holding terminal QN, and the connection point between the output terminal of the inverter circuit G1 and one input terminal of the 2-input NAND circuit G5 holds the data. Terminal QP. The clear input signal CLR is input to the other input terminal of the 2-input NAND circuit G5.
[0037]
When the clear input signal CLR is set to a logical value 1, the 2-input NAND circuit G5 performs the same operation as the inverter circuit G2. Therefore, the operation at this time is as described in the third embodiment. On the other hand, when the clear input signal CLR is set to the logical value 0, the data holding terminal QN is fixed to the logical value 1, and the data holding terminal QP is fixed to the logical value 0. In this way, the data held in the data holding unit can be set to QP = 0 and QN = 1.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the clock signal is at the first level indicating the passing mode, the data signal input to the data input terminal is captured, and when the clock signal is at the second level indicating the holding mode, the captured data signal is retained. A RAM latch circuit that electrically isolates the data signal and the data input terminal when the clock signal is at the first level, and connects the data signal and the data input terminal when the clock signal is at the second level By providing a circuit, an edge-triggered D flip-flop circuit can be realized with one RAM-type latch circuit capable of a small layout and a switch circuit. For this reason, it is possible to downsize the memory circuit that conventionally required two latch circuits and to greatly reduce the area occupied by the edge trigger flip-flop circuit, and to reduce the area occupied by the entire digital circuit that frequently uses the flip-flop circuit. Thus, the degree of integration of the digital circuit can be increased. As a result, more functions can be incorporated on a semiconductor chip of the same area, or the same function can be realized with a smaller area, the semiconductor utilization efficiency can be increased, and the speed of the circuit and the reduction of power consumption can be achieved.
[0039]
The first conductivity type first transistor and the second conductivity type third transistor constitute one transmission gate, and the first conductivity type second transistor and the second conductivity type fourth transistor. By constructing another transmission gate, the voltage amplitude at the first switch output terminal and the second switch output terminal can be set to the power supply potential, so that the noise margin can be increased.
[0040]
Further, instead of the second inverter, one input terminal is connected to the second data holding terminal, a clear signal is input to the other input terminal, and an output terminal is connected to the first data holding terminal. By using an input NAND circuit, it can be operated as a flip-flop circuit by setting a clear signal, or the logical value of data held in the first data holding terminal and the second data holding terminal is fixed to a desired value. You can do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the flip-flop circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a flip-flop circuit using a RAM type latch circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional flip-flop circuit using a transmission gate type latch circuit.
7 is a timing chart showing the operation of the flip-flop circuit of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional RAM type latch circuit.
9 is a timing chart showing the operation of the RAM type latch circuit of FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a circuit diagram of a conventional master-slave type flip-flop circuit using a RAM type latch circuit.
11 is a timing chart illustrating the operation of the flip-flop circuit of FIG. 10;
[Explanation of symbols]
G1 to G4... Inverter circuit, G5... 2 input NAND circuit, M1 to M6... NMOS transistor, M7 and M8.

Claims (5)

クロック信号が通過モードを示す第1のレベルになる直前にデータ入力端子に入力されたデータ信号を取り込み、前記クロック信号が保持モードを示す第2のレベルのとき前記取り込んだデータ信号を保持するRAM型ラッチ回路と、
前記クロック信号が前記第1のレベルのとき前記データ信号と前記データ入力端子とを電気的に分離し、前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記データ信号を前記データ入力端子に入力するスイッチ回路とを有し、
前記クロック信号が前記第2のレベルから前記第1のレベルになる直前に前記データ入力端子に入力されたデータ信号を前記RAM型ラッチ回路に格納することを特徴とするフリップフロップ回路。
A RAM that captures the data signal input to the data input terminal immediately before the clock signal becomes the first level indicating the passing mode, and holds the captured data signal when the clock signal is the second level indicating the holding mode. Type latch circuit;
Switch the clock signal is electrically separating the data input terminal and said data signal when said first level, said clock signal to input the data signal when the second level to the data input terminal Circuit and
A flip-flop circuit, wherein a data signal input to the data input terminal immediately before the clock signal changes from the second level to the first level is stored in the RAM type latch circuit.
請求項1記載のフリップフロップ回路において、
前記スイッチ回路は、
ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第1のトランジスタと、
ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第2のトランジスタとからなることを特徴とするフリップフロップ回路。
The flip-flop circuit according to claim 1,
The switch circuit is
The inverted signal of the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the first switch output terminal, and the input inverted signal is input when the clock signal input to the gate terminal is at the second level. A first transistor that outputs to the first switch output terminal;
When the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the second switch output terminal, and the clock signal input to the gate terminal is at the second level, the input data signal is the second signal. And a second transistor that outputs to the switch output terminal of the flip-flop circuit.
請求項1記載のフリップフロップ回路において、
前記スイッチ回路は、
前記クロック信号を反転させるインバータと、
ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第1導電型の第1のトランジスタと、
ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第2のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第1導電型の第2のトランジスタと、
ソース端子に前記データ信号の反転信号が入力され、ドレイン端子が前記第1のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記インバータの出力信号が前記第1のレベルのとき前記入力された反転信号を前記第1のスイッチ出力端子に出力する第2導電型の第3のトランジスタと、
ソース端子に前記データ信号が入力され、ドレイン端子が前記第2のスイッチ出力端子に接続され、ゲート端子に入力された前記インバータの出力信号が前記第1のレベルのとき前記入力されたデータ信号を前記第2のスイッチ出力端子に出力する第2導電型の第4のトランジスタとからなることを特徴とするフリップフロップ回路。
The flip-flop circuit according to claim 1,
The switch circuit is
An inverter for inverting the clock signal;
The inverted signal of the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the first switch output terminal, and the input inverted signal is input when the clock signal input to the gate terminal is at the second level. A first conductivity type first transistor that outputs to the first switch output terminal;
When the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the second switch output terminal, and the clock signal input to the gate terminal is at the second level, the input data signal is the second signal. A second transistor of the first conductivity type that outputs to the switch output terminal;
The inverted signal of the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the first switch output terminal, and the input signal is input when the output signal of the inverter input to the gate terminal is at the first level. A second transistor of a second conductivity type that outputs an inverted signal to the first switch output terminal;
The input data signal is input when the data signal is input to the source terminal, the drain terminal is connected to the second switch output terminal, and the output signal of the inverter input to the gate terminal is at the first level. A flip-flop circuit comprising: a fourth transistor of a second conductivity type that outputs to the second switch output terminal.
請求項2又は3記載のフリップフロップ回路において、
前記RAM型ラッチ回路は、
入力端子が第1のデータ保持端子に接続され、出力端子が第2のデータ保持端子に接続された第1のインバータと、
入力端子が前記第2のデータ保持端子に接続され、出力端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第2のインバータと、
ゲート端子が前記スイッチ回路の第1のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第5のトランジスタと、
ドレイン端子が前記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第6のトランジスタと、
ゲート端子が前記スイッチ回路の第2のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第2のデータ保持端子に接続された第7のトランジスタと、
ドレイン端子が前記第7のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第8のトランジスタとからなることを特徴とするフリップフロップ回路。
The flip-flop circuit according to claim 2 or 3,
The RAM type latch circuit includes:
A first inverter having an input terminal connected to the first data holding terminal and an output terminal connected to the second data holding terminal;
A second inverter having an input terminal connected to the second data holding terminal and an output terminal connected to the first data holding terminal;
A fifth transistor having a gate terminal connected to the first switch output terminal of the switch circuit and a source terminal connected to the first data holding terminal;
A drain terminal is connected to the drain terminal of the fifth transistor, a source terminal is grounded, and when the clock signal input to the gate terminal is at the first level, a sixth terminal is connected between the drain terminal and the source terminal. A transistor,
A seventh transistor having a gate terminal connected to the second switch output terminal of the switch circuit and a source terminal connected to the second data holding terminal;
The drain terminal is connected to the drain terminal of the seventh transistor, the source terminal is grounded, and when the clock signal input to the gate terminal is at the first level, the eighth terminal connects between the drain terminal and the source terminal. A flip-flop circuit comprising a transistor.
請求項2又は3記載のフリップフロップ回路において、
前記RAM型ラッチ回路は、
入力端子が第1のデータ保持端子に接続され、出力端子が第2のデータ保持端子に接続された第1のインバータと、
一方の入力端子が前記第2のデータ保持端子に接続され、他方の入力端子にクリア信号が入力され、出力端子が前記第1のデータ保持端子に接続された2入力否定論理積回路と、
ゲート端子が前記スイッチ回路の第1のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第1のデータ保持端子に接続された第5のトランジスタと、
ドレイン端子が前記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第6のトランジスタと、
ゲート端子が前記スイッチ回路の第2のスイッチ出力端子に接続され、ソース端子が前記第2のデータ保持端子に接続された第7のトランジスタと、
ドレイン端子が前記第7のトランジスタのドレイン端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子に入力された前記クロック信号が前記第1のレベルのときドレイン端子とソース端子間を接続する第8のトランジスタとからなり、
前記クリア信号の入力により、前記第1のデータ保持端子と前記第2のデータ保持端子に保持されたデータの論理値を所望の値に固定することを特徴とするフリップフロップ回路。
The flip-flop circuit according to claim 2 or 3,
The RAM type latch circuit includes:
A first inverter having an input terminal connected to the first data holding terminal and an output terminal connected to the second data holding terminal;
A two-input NAND circuit in which one input terminal is connected to the second data holding terminal, a clear signal is input to the other input terminal, and an output terminal is connected to the first data holding terminal;
A fifth transistor having a gate terminal connected to the first switch output terminal of the switch circuit and a source terminal connected to the first data holding terminal;
A drain terminal is connected to the drain terminal of the fifth transistor, a source terminal is grounded, and when the clock signal input to the gate terminal is at the first level, a sixth terminal is connected between the drain terminal and the source terminal. A transistor,
A seventh transistor having a gate terminal connected to the second switch output terminal of the switch circuit and a source terminal connected to the second data holding terminal;
The drain terminal is connected to the drain terminal of the seventh transistor, the source terminal is grounded, and when the clock signal input to the gate terminal is at the first level, the eighth terminal connects between the drain terminal and the source terminal. Consisting of transistors,
A flip-flop circuit that fixes a logical value of data held in the first data holding terminal and the second data holding terminal to a desired value by inputting the clear signal.
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