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KR100675006B1 - Level-Converted Flip-Flops for Multiple Supply Voltage Systems - Google Patents

Level-Converted Flip-Flops for Multiple Supply Voltage Systems Download PDF

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Publication number
KR100675006B1
KR100675006B1 KR1020060007900A KR20060007900A KR100675006B1 KR 100675006 B1 KR100675006 B1 KR 100675006B1 KR 1020060007900 A KR1020060007900 A KR 1020060007900A KR 20060007900 A KR20060007900 A KR 20060007900A KR 100675006 B1 KR100675006 B1 KR 100675006B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
unit
switch
flip
clock
Prior art date
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Active
Application number
KR1020060007900A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최정연
원효식
김영환
이봉현
Original Assignee
삼성전자주식회사
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060007900A priority Critical patent/KR100675006B1/en
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Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A44HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44CPERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C7/00Ear-rings; Devices for piercing the ear-lobes

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  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

본 발명에서는 다중 전원 전압 시스템(Multiple supply system)에서 사용이 가능한 레벨 변환 플립플롭(Level converting Flip-Flops)이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based flip-flop)은 저 전원 전압(Low supply voltage)에 의해 구동되는 클럭 지연부, 입력 데이터를 스위칭하는 스위치부 및 하나 이상의 출력신호를 저장하는 래치부를 구비한다. 본 발명의 실시예에 따른 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)은, 저 전원 전압에 의해 구동되는 클럭 지연부, 접지 전원(Ground)에 스위칭하는 스위치부, 클럭 지연부의 제1 지연 신호에 응답하여 충전되는 예비 충전 신호를 생성하는 예비 충전부, 예비 충전 신호와 상기 클럭 신호에 응답하여 전원 전압에 의한 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 스위칭하는 래치 제어부 및 상기 래치 제어부에 연결되어 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 저장하는 래치부를 구비한다. 본 발명에 따른 CP 플립플롭은 전력 소모가 작고, 본 발명에 따른 IP 플립플롭은 동작 속도가 빠른 효과가 있다.Disclosed is a level converting flip-flop that can be used in a multiple supply system. A CP flip-flop according to an embodiment of the present invention stores a clock delay unit driven by a low supply voltage, a switch unit switching input data, and one or more output signals. A latch portion is provided. The IP flip-flop according to the embodiment of the present invention responds to a first delay signal of a clock delay unit driven by a low power supply voltage, a switch unit switching to ground power, and a clock delay unit A preliminary charging unit configured to generate a preliminary charging signal to be charged by the battery; A latch unit for storing a low signal by a ground power source is provided. CP flip-flop according to the present invention has a low power consumption, IP flip-flop according to the present invention has an effect that the operation speed is fast.

Description

다중 전원 전압 시스템을 위한 레벨 변환 플립플롭{Level converting Flip-Flops for Multi-supply system}Level converting flip-flops for multi-supply system

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면에 대한 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to more fully understand the drawings recited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 본 발명에 따른 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based flip-flop)의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a CP flip-flop (Complementary Pass transistor based flip-flop) according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)의 회로도이다.2 is a circuit diagram of an Indirect precharge Flip-Flop according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 레벨 변환 플립플롭과 종래의 레벨 변환 플립플롭을 비교하는 표이다.3 is a table comparing a level shifted flip-flop and a conventional level shifted flip-flop according to the present invention.

본 발명은 다중 전원 전압 시스템(Multiple supply system)에서 사용이 가능한 레벨 변환 플립플롭(Level converting Flip-Flops)에 관한 것이다. The present invention relates to level converting flip-flops that can be used in a multiple supply system.

레벨 변환 플립플롭(Level converting Flip-Flops: 이하 LC 플립플롭이라 칭한다.)이란 전압 레벨이 다른 시스템에서 레벨 변환(Level converting) 기능을 갖 는 플립플롭을 의미한다. LC 플립플롭은, 시스템의 동작 속도를 높이고, 전력 소모를 줄이는 기능이 요구된다.Level converting Flip-Flops (hereinafter referred to as LC flip-flops) means flip-flops with level converting in systems with different voltage levels. LC flip-flops require the ability to speed up the system and reduce power consumption.

상기의 기능을 만족시키기 위해서, 본 발명은 2가지의 개선된 LC 플립플롭을 제안한다. 하나는 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based Flip-Flop)이고, 다른 하나는 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)이다.In order to satisfy the above functions, the present invention proposes two improved LC flip-flops. One is a CP flip-flop (Complementary Pass transistor based Flip-Flop), the other is an IP flip-flop (Indirect precharge Flip-Flop).

본 발명의 기술적 과제는 전력 소모가 작은 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based Flip-Flop)을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a CP (Flementary Pass transistor based Flip-Flop) with low power consumption.

본 발명의 다른 기술적 과제는 동작 속도가 빠른 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)을 제공하는 데에 있다.Another technical problem of the present invention is to provide an indirect precharge flip-flop with a high operating speed.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다중 전원 전압 시스템(Multi supply system)에 이용되는 플립플롭은, 저 전원 전압(Low supply voltage)에 의해 구동되며 클럭 신호를 반전 지연시켜 출력 신호를 생성하는 클럭 지연부, 복수 개의 스위치를 포함하며 상기 클럭 신호와 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 응답하여 입력 데이터를 스위칭하는 스위치부 및 스위치부의 적어도 하나 이상의 출력신호를 저장하는 래치부를 구비하는 것을 특징한다.In order to achieve the above technical problem, a flip-flop used in a multi supply system according to an embodiment of the present invention is driven by a low supply voltage and inverts a clock signal to delay an output signal. A clock delay unit configured to generate a plurality of switches, a switch unit configured to switch input data in response to the clock signal and an output signal of the clock delay unit, and a latch unit configured to store at least one output signal of the switch unit; do.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 플립플롭은 저 전원 전압에 의해 구동되며 상기 입력 데이터를 반전 버퍼링(Buffering) 및 재반전 버퍼링하는 입력 버퍼부를 더 구비하는 것을 특징할 수 있다.The flip-flop according to the exemplary embodiment of the present invention may further include an input buffer unit driven by a low power supply voltage and configured to invert buffer and reinvert buffer the input data.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다중 전원 전압 시스템에 이용되는 플립플롭은, 저 전원 전압에 의해 구동되며 클럭 신호를 반전 지연시켜 제1 지연 신호 및 출력 신호를 생성하는 클럭 지연부, 복수 개의 스위치를 포함하며 입력 데이터와 상기 클럭 신호와 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 응답하여 접지 전원(Ground)에 스위칭하는 스위치부, 클럭 지연부의 제1 지연 신호에 응답하여 충전되는 예비 충전 신호를 생성하고, 상기 스위치부에 스위칭된 접지 전원에 의해 예비 충전 신호가 방전되는 예비 충전부, 예비 충전 신호와 상기 클럭 신호에 응답하여 전원 전압에 의한 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 스위칭하는 래치 제어부 및 상기 래치 제어부에 연결되어 래치 제어부의 전원 전압에 의한 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 저장하는 래치부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The flip-flop used in the multiple power supply voltage system according to the embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is a clock that is driven by a low power supply voltage and inverts and delays a clock signal to generate a first delay signal and an output signal. A preliminary charge including a delay unit and a plurality of switches, the switch unit switching to ground power in response to input data, the clock signal, and an output signal of the clock delay unit, and a precharge charged in response to a first delay signal of the clock delay unit Generating a signal, and switching a pre-charge unit in which the pre-charge signal is discharged by the ground power switched to the switch unit, a pre-charge signal and a low signal by the ground power in response to the clock signal in response to the clock signal; High signal connected to the latch control unit and the latch control unit by the power supply voltage of the latch control unit Or a latch unit for storing a low signal by a ground power source.

따라서 본 발명에 따른 CP 플립플롭은 전력 소모가 작고, 본 발명에 따른 IP 플립플롭은 동작 속도가 빠른 효과가 있다.Accordingly, the CP flip-flop according to the present invention has a low power consumption, and the IP flip-flop according to the present invention has a fast operation speed.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings that describe exemplary embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명은 다중 전원 전압 시스템(Multiple supply system)에서 사용이 가능 한 LC 플립플롭(Level converting Flip-Flops)을 제안한다. LC 플립플롭이란 전압 레벨이 다른 시스템에서 레벨 변환(Level converting) 기능을 갖는 플립플롭을 의미한다. 본 발명은 2가지의 LC 플립플롭을 제안한다. 하나는 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based Flip-Flop)이고, 다른 하나는 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)이다.The present invention proposes a level converting flip-flops (LC flip-flops) that can be used in a multiple supply system. LC flip-flops are flip-flops that have level converting in systems with different voltage levels. The present invention proposes two LC flip-flops. One is a CP flip-flop (Complementary Pass transistor based Flip-Flop), the other is an IP flip-flop (Indirect precharge Flip-Flop).

도 1은 본 발명에 따른 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based flip-flop)의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 CP 플립플롭(100)은 클럭 지연부(110), 스위치부(120), 래치부(130)를 구비하고, 입력 버터부(150)를 더 구비할 수 있다. 클럭 지연부(110)와 입력 버퍼부(150)에는 저 전원 전압(Low supply voltage, VDDL)이 연결되고, 나머지 구성 요소에는 고 전원 전압(High supply voltage, VDDH)이 연결된다. 밑줄이 그어진 clk, ckb, data, dt, dtb 신호는 VDDL 신호를 의미하며, 나머지 신호인 q 는 VDDH 신호를 의미한다. 1 is a circuit diagram of a CP flip-flop (Complementary Pass transistor based flip-flop) according to the present invention. Referring to FIG. 1, the CP flip-flop 100 according to the present invention may include a clock delay unit 110, a switch unit 120, a latch unit 130, and an input butter unit 150. have. A low supply voltage (VDDL) is connected to the clock delay unit 110 and the input buffer unit 150, and a high supply voltage (VDDH) is connected to the remaining components. The underlined clk , ckb , data , dt , and dtb signals refer to the VDDL signal, and the remaining signals q represent VDDH Means signal.

입력 버퍼부(150)는, 입력 데이터 신호(data)를 반전시키는 제1 인버터(151), 제1 인버터의 출력을 재반전 시키는 제2 인버터(152)를 구비한다. The input buffer unit 150 includes a first inverter 151 for inverting the input data signal data and a second inverter 152 for reversing the output of the first inverter.

클럭 지연부(110)는, 클럭 신호(clk)를 반전시키는 직렬로 연결된 3개의 인버터(111, 112, 113)를 구비한다. The clock delay unit 110 includes three inverters 111, 112, 113 connected in series to invert the clock signal clk .

스위치부(120)는, 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)에 응답하여 데이터 신호(dt)를 스위칭하는 제1 스위치(M1), 클럭 신호(clk)에 응답하여 제1 스위치(M1)의 출력신호를 스위칭하는 제2 스위치(M2), 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)에 응답하여 데이터 신호(dtb)를 스위칭하는 제3 스위치(M3) 및 클럭 신호(clk)에 응답하여 제3 스위치(M3)의 출력신호를 스위칭하는 제4 스위치(M4)를 구비한다. 여기서 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치(M1, M2, M3, M4)는 엔모스 트랜지스터로 구성될 수 있다.The switch unit 120 may include a first switch M1 for switching the data signal dt in response to the output signal ckb of the clock delay unit 110, and a first switch M1 in response to the clock signal clk . In response to the second switch M2 for switching the output signal of the control signal, the third switch M3 for switching the data signal dtb and the clock signal clk in response to the output signal ckb of the clock delay unit 110. In response, a fourth switch M4 for switching the output signal of the third switch M3 is provided. The first, second, third and fourth switches M1, M2, M3, and M4 may be configured as NMOS transistors.

래치부(130)는, 그 입력단자가 스위치부(120)의 제2 스위치(M2)와 연결되고 그 출력단자는 스위치부(120)의 제4 스위치(M4)와 연결되는 제1 인버터(131) 및 그 입력단자가 스위치부(120)의 제4 스위치(M4)와 연결되고 그 출력단자가 스위치부(120)의 제2 스위치(M2)와 연결되는 제2 인버터(132)를 구비한다. The latch unit 130 has a first inverter 131 having an input terminal connected to a second switch M2 of the switch unit 120 and an output terminal thereof connected to a fourth switch M4 of the switch unit 120. And a second inverter 132 having an input terminal connected to the fourth switch M4 of the switch unit 120 and an output terminal thereof connected to the second switch M2 of the switch unit 120.

출력 버퍼(140)의 입력단자는, 스위치부(120)의 제2 스위치(M2)와 래치부(130)의 제1 인버터(311)의 입력단자 사이에 연결된다. 출력 버퍼(140)는 래치부(130)의 출력 신호를 반전 버퍼링하는 동작을 수행한다.The input terminal of the output buffer 140 is connected between the second switch M2 of the switch unit 120 and the input terminal of the first inverter 311 of the latch unit 130. The output buffer 140 inverts and buffers the output signal of the latch unit 130.

도 1의 본 발명에 따른 CP 플립플롭(100)의 동작은 다음과 같다. 본 발명의 CP 플립플롭은 상승 에지에 트리거(Trigger)되는 CP 플립플롭이다. 먼저 클럭 신호(clk)가 상승 에지가 입력되기 전의 논리레벨 로우일 때, 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)는 반전 신호이므로 논리레벨 하이가 된다. 제1 스위치(M1)와 제3 스위치(M3)는 턴온되고 제2 스위치(M2)와 제2 스위치(M2)는 턴오프된다. 이 경우 플립플롭의 데이터는 변하지 않는다. The operation of the CP flip-flop 100 according to the present invention of FIG. 1 is as follows. The CP flip-flop of the present invention is a CP flip-flop triggered on the rising edge. First, when the clock signal clk is at the logic level low before the rising edge is input, the output signal ckb of the clock delay unit 110 is the inversion signal, and therefore becomes the logic level high. The first switch M1 and the third switch M3 are turned on, and the second switch M2 and the second switch M2 are turned off. In this case, the data of the flip-flop does not change.

그 후 클럭 신호(clk)가 상승(Rising)하여 클럭 신호(clk)가 논리레벨 하이가 되면, 짧은 기간동안 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)는 논리레벨 하이를 유지한다. 이 짧은 기간동안 스위치들(M1, M2, M3, M4) 모두가 턴온되어 플립플롭 (100)은 입력 데이터(data)를 받아들여서 래치부(130)의 크로스 커플(Cross-couple) 인버터들(131, 132)에 저장한다. 이 때 VDDL 신호 레벨인 dt, dtb은 크로스 커플 인버터들(131, 132)에 의해서 VDDH 신호 레벨로 변환이 된다. 그 짧은 기간이 지나서, 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)가 논리레벨 로우로 되면 제1 스위치(M1)와 제3 스위치(M3)가 턴오프되어 플립플롭의 출력 데이터(q)는 변하지 않는다. 이러한 동작에 의하여, CP 플립플롭은 전력 소모를 줄일 수 있다.After that, when the clock signal clk rises and the clock signal clk becomes logic level high, the output signal ckb of the clock delay unit 110 maintains the logic level high for a short period. Is the switch for a short period (M1, M2, M3, M4 ) of all the turn-on flip-flop 100 is a cross coupling (Cross-couple) of the latch unit 130 by accepting input data (data) drive (131 132). At this time, the VDDL signal levels dt and dtb are converted to the VDDH signal level by the cross-coupled inverters 131 and 132. After a short period of time, when the output signal ckb of the clock delay unit 110 becomes a logic level low, the first switch M1 and the third switch M3 are turned off to output the output data q of the flip-flop. Does not change By this operation, the CP flip-flop can reduce power consumption.

또한 본 발명에 따른 CP 플립플롭(100)의 구조는, 클럭 신호(clk)가 제2 스위치(M2)와 제4 스위치(M4)에 연결되고, 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)는 제1 스위치(M1)와 제3 스위치(M3)에 연결된다. 이 경우, 클럭 신호(clk)가 상승 에지로서 트리거(Trigger) 되기 이전에라도, 노드들(N1, N2)은 데이터 입력신호(dt, dtb)에 의해서 결정된다. 따라서 클럭 신호(clk)가 상승 에지로서 트리거(Trigger) 되기 이전에라도 노드들(N1, N2)의 값을 미리 정할 수 있고, 테이터를 저장하기 위해서는 클럭 신호(clk)가 상승 에지로서 트리거(Trigger)된 후에 래치부(130)의 값만을 바꾸면 된다. 이로 인해서, 본 발명에서 제안하는 CP 플립플롭의 구조는, 전력 소모를 줄일 뿐 아니라, 전원 전압 노이즈에 대한 인장도(Robustness)도 증가한다. In addition, in the structure of the CP flip-flop 100 according to the present invention, the clock signal clk is connected to the second switch M2 and the fourth switch M4, and the output signal ckb of the clock delay unit 110 is provided . Is connected to the first switch M1 and the third switch M3. In this case, even before the clock signal clk is triggered as the rising edge, the nodes N1 and N2 are determined by the data input signals dt and dtb . Therefore, even before the clock signal clk is triggered as the rising edge, the values of the nodes N1 and N2 can be predetermined, and in order to store data, the clock signal clk as the rising edge is triggered. After that, only the value of the latch unit 130 needs to be changed. For this reason, the CP flip-flop structure proposed by the present invention not only reduces power consumption but also increases the robustness against power supply voltage noise.

도 2는 본 발명에 따른 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 IP 플립플롭(200)은 클럭 지연부(210), 스위치부(220), 예비 충전부(230), 래치 제어부(240) 및 래치부(250)를 구비한다.2 is a circuit diagram of an Indirect precharge Flip-Flop according to the present invention. Referring to FIG. 2, the IP flip-flop 200 according to the present invention includes a clock delay unit 210, a switch unit 220, a preliminary charging unit 230, a latch control unit 240, and a latch unit 250. .

클럭 지연부(210)에는 저 전원 전압(Low supply voltage, VDDL)이 연결되고, 나머지 구성 요소에는 고 전원 전압(High supply voltage, VDDH)이 연결된다. 밑줄이 그어진 clk, clk1, ckb, data 신호는 VDDL 신호를 의미하며, 나머지 신호인 q, x 는 VDDH 신호를 의미한다.A low supply voltage VDDL is connected to the clock delay unit 210, and a high supply voltage VDDH is connected to the remaining components. The underlined clk , clk1 , ckb , and data signals represent the VDDL signal, and the remaining signals q and x represent the VDDH. Means signal.

클럭 지연부(210)는, 클럭 신호(clk)를 반전시키는 직렬로 연결된 3개의 인버터(111, 112, 113)를 구비한다. 제1 인버터(211)는 최초에 클럭 신호(clk)를 반전시켜 제1 지연 신호(clk1)를 생성한다. 제1 지연 신호(clk1)는 예비 충전부(230)의 엔모스 트랜지스터(231)를 게이팅한다.The clock delay unit 210 includes three inverters 111, 112, 113 connected in series to invert the clock signal clk . The first inverter 211 first inverts the clock signal clk to generate the first delay signal clk1 . The first delay signal clk1 gates the NMOS transistor 231 of the preliminary charging unit 230.

스위치부(220)는, 예비 충전 신호(x)와 접지 전압(Ground) 사이에 위치하며, 제1 엔모스 트랜지스터(221), 제2 엔모스 트랜지스터(222) 및 제3 엔모스 트랜지스터(223)를 구비한다. 입력 데이터(data)는 제1 엔모스 트랜지스터(221)의 게이트 단자에 입력되고, 클럭 신호(clk)는 상기 제2 엔모스 트랜지스터(222)의 게이트 단자에 입력되며, 클럭 지연부의 출력 신호(ckb)는 제3 엔모스 트랜지스터(223)의 게이트 단자에 입력된다. 각각의 신호에 의해 제1, 제2, 제3 엔모스 트랜지스터(211, 212, 213) 모두가 턴온되면, 예비 충전부(230)에 의해 충전된 예비 충전 신호(x)의 전하는 방전 된다.The switch unit 220 is positioned between the preliminary charging signal x and the ground voltage Ground, and includes the first NMOS transistor 221, the second NMOS transistor 222, and the third NMOS transistor 223. It is provided. The input data data is input to the gate terminal of the first NMOS transistor 221, the clock signal clk is input to the gate terminal of the second NMOS transistor 222, and the output signal ckb of the clock delay unit . ) Is input to the gate terminal of the third NMOS transistor 223. When all of the first, second, and third NMOS transistors 211, 212, and 213 are turned on by the respective signals, the charge of the preliminary charging signal x charged by the preliminary charging unit 230 is discharged.

예비 충전부(230)는 엔모스 트랜지스터(231), 크로스 커플(Cross couple)로 구성된 제1 및 제2 인버터(232, 233)를 구비한다. 클럭 지연부의 제1 인버터(211)에서 발생되는 제1 지연 신호(clk1)는 엔모스 트랜지스터(231)의 게이트 단자에 입력된다. 엔모스 트랜지스터(231)는 접지 전원을 크로스 커플로 구성된 제1 및 제2 인버터(232, 233)에 스위칭하여 예비 충전 신호(x)를 생성한다. 스위치부(220)의 제1, 제2, 제3 엔모스 트랜지스터(211, 212, 213) 모두가 턴온되면, 크로스 커플로 구성된 제1 및 제2 인버터(232, 233)의 예비 충전 신호(x)는 방전된다.The preliminary charging unit 230 includes the NMOS transistor 231 and the first and second inverters 232 and 233 formed of a cross couple. The first delay signal clk1 generated by the first inverter 211 of the clock delay unit is input to the gate terminal of the NMOS transistor 231. The NMOS transistor 231 generates a preliminary charging signal x by switching a ground power source to the first and second inverters 232 and 233 configured as cross couples. When all of the first, second, and third NMOS transistors 211, 212, and 213 of the switch unit 220 are turned on, the preliminary charging signal x of the first and second inverters 232 and 233 configured as cross couples (x). ) Is discharged.

래치 제어부(240)는 피모스 트랜지스터(241), 제1 엔모스 트랜지스터(242) 및 제2 엔모스 트랜지스터(243)를 구비한다. 예비 충전 신호(x)는 피모스 트랜지스터(241)의 게이트 단자와 제2 엔모스 트랜지스터(243)의 게이트 단자에 입력된다. 클럭 신호(clk)는 제1 엔모스 트랜지스터(242)의 게이트 단자에 연결된다. 이러한 신호들(x, clk)에 응답하여 전원 전압(VDDH)에 의한 로직 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로직 로우 신호가 래치부(250)에 스위칭되어 진다.The latch control unit 240 includes a PMOS transistor 241, a first NMOS transistor 242, and a second NMOS transistor 243. The preliminary charging signal x is input to the gate terminal of the PMOS transistor 241 and the gate terminal of the second NMOS transistor 243. The clock signal clk is connected to the gate terminal of the first NMOS transistor 242. In response to the signals x and clk , the logic high signal by the power supply voltage VDDH or the logic low signal by the ground power supply is switched to the latch unit 250.

래치부(250)는 크로스 커플(Cross couple)로 구성된 제1 인버터(251) 및 제2 인버터(252)를 구비한다. 크로스 커플로 구성된 제1 및 제2 인버터(251, 252)는 래치 제어부의 피모스 트랜지스터(241)와 제1 엔모스 트랜지스터(242) 사이에 연결되어, 전원 전압(VDDH)에 의한 로직 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로직 로우 신호를 저장한다.The latch unit 250 includes a first inverter 251 and a second inverter 252 formed of a cross couple. The first and second inverters 251 and 252 configured as cross couples are connected between the PMOS transistor 241 and the first NMOS transistor 242 of the latch control unit, and are connected to the logic high signal by the power supply voltage VDDH. Stores a logic low signal by ground supply.

도 2의 본 발명에 따른 IP 플립플롭(200)의 전체적인 동작은 다음과 같다. 클럭 신호(clk)가 논리레벨 로우일 때, 예비 충전부(230)의 예비 충전 신호(x)는 고 전원 전압(VDDH) 신호로서 로직레벨 하이가 되어 피모스 트랜지스터(241)는 턴오프된다. The overall operation of the IP flip-flop 200 according to the present invention of FIG. 2 is as follows. When the clock signal clk is logic level low, the preliminary charging signal x of the preliminary charging unit 230 becomes a logic level high as a high power supply voltage VDDH signal so that the PMOS transistor 241 is turned off.

클럭 신호(clk)가 상승(Rising)할 때 짧은 기간동안 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)는 논리레벨 하이를 유지한다. 이 기간동안에, 입력데이터(data)의 논리레벨에 따라서 예비 충전 신호(x)는 선택적으로 충전 또는 방전되고, 래치부 (250)는 그 예비 충전 신호(x)의 값을 받아서 저장한다. 이 짧은 기간이 지나고 클럭 지연부(110)의 출력신호(ckb)가 논리레벨 로우가 되면, 예비 충전 신호(x)는 더 이상 입력데이터(data)에 영향을 받지 않고, 크로스 커플로 구성된 제1 및 제2 인버터(251, 252)에 의해서 그 값이 유지된다.When the clock signal clk rises, the output signal ckb of the clock delay unit 110 maintains a logic level high for a short period. During this period, the preliminary charging signal x is selectively charged or discharged according to the logic level of the input data data , and the latch unit 250 receives and stores the value of the preliminary charging signal x. After this short period, when the output signal ckb of the clock delay unit 110 becomes a logic level low, the preliminary charging signal x is no longer affected by the input data data and is formed of a cross couple. And the value is maintained by the second inverters 251 and 252.

다시 클럭 신호(clk)가 논리레벨 로우가 되면, 예비 충전부(230)의 예비 충전 신호(x)는 고 전원 전압(VDDH) 신호로서 로직레벨 하이가 되어 피모스 트랜지스터(241)는 턴오프된다. When the clock signal clk becomes a logic level low again, the preliminary charging signal x of the preliminary charging unit 230 becomes a logic level high as a high power supply voltage VDDH signal so that the PMOS transistor 241 is turned off.

상술한 동작에 설명한 것처럼, 도 2의 본 발명에 따른 IP 플립플롭은 저 전원 전압(VDDL)인 클럭 신호(clk)를 이용하여 예비 충전부(230)의 예비 충전 신호(x)를 고 전원 전압(VDDH)으로 예비 충전하고, 예비 충전 신호(x)에 의해 피모스 트랜지스터(241)를 턴온 또는 턴오프함에 따라 플립플롭의 출력(q)이 결정되기 때문에, 동작 속도가 빠르다.As described in the above operation, the IP flip-flop according to the present invention of FIG. 2 uses the clock signal clk , which is the low power supply voltage VDDL, to convert the preliminary charging signal x of the preliminary charging unit 230 into a high power supply voltage ( Since the output q of the flip-flop is determined by preliminary charging with VDDH and turning on or off the PMOS transistor 241 by the preliminary charging signal x, the operation speed is high.

도 3은 본 발명에 따른 LC 플립플롭과 종래의 LC 플립플롭을 비교하는 표이다. 표(300)는 동작 속도 등의 성능을 비교한 것이다. IP 플립플롭의 동작 속도가 가장 빠르고, PDP가 가장 작고, 적은 개수의 트랜지스터를 사용하며, 소비 면적이 가장 작다. CP 플립플롭은 전력소모가 가장 작고, 가장 적은 개수의 트랜지스터를 사용한다. 따라서 IP 플립플롭은 고속 시스템에서 CP 플립플롭은 저 전력 시스템에 적합하다.3 is a table comparing the LC flip-flop according to the present invention and the conventional LC flip-flop. Table 300 compares the performance, such as the operating speed. The IP flip-flop has the fastest operating speed, the smallest PDP, the smallest transistors, and the smallest footprint. CP flip-flops have the lowest power consumption and use the fewest transistors. Thus, IP flip-flops are suitable for high-speed systems and CP flip-flops are suitable for low-power systems.

이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기 술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above described the present invention with reference to the specific embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be various modifications and variations therefrom. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted by the claims to be described later, and all technical ideas within the equivalent and equivalent ranges should be construed as being included in the protection scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 CP 플립플롭(Complementary Pass transistor based Flip-Flop)은 전력 소모가 작은 효과가 있다.As described above, the CP flip-flop according to the present invention has an effect of low power consumption.

본 발명에 따른 IP 플립플롭(Indirect precharge Flip-Flop)은 동작 속도가 빠른 효과가 있다.Indirect precharge flip-flop according to the present invention has an effect of fast operation speed.

Claims (10)

다중 전원 전압 시스템(Multi supply system)에 이용되는 플립플롭에 있어서,In a flip-flop used in a multi supply system, 저 전원 전압(Low supply voltage)에 의해 구동되며 클럭 신호를 반전 지연시켜 출력 신호를 생성하는 클럭 지연부;A clock delay unit driven by a low supply voltage and generating an output signal by inverting and delaying a clock signal; 복수 개의 스위치를 포함하며 상기 클럭 신호와 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 응답하여 입력 데이터를 스위칭하는 스위치부; 및A switch unit including a plurality of switches and switching input data in response to an output signal of the clock signal and the clock delay unit; And 상기 스위치부의 적어도 하나 이상의 출력신호를 저장하는 래치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a latch unit configured to store at least one output signal of the switch unit. 제1항에 있어서, 상기 플립플롭은,The method of claim 1, wherein the flip-flop, 저 전원 전압에 의해 구동되며 상기 입력 데이터를 반전 버퍼링(Buffering) 및 재반전 버퍼링하는 입력 버퍼부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And an input buffer unit driven by a low power supply voltage and configured to invert buffer and reinvert buffer the input data. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치부는,The switch unit, 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 응답하여 입력데이터를 스위칭하는 제1 스위치;A first switch for switching input data in response to an output signal of the clock delay unit; 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 제1 스위치의 출력 신호를 스위칭하는 제2 스위치;A second switch for switching the output signal of the first switch in response to the clock signal; 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 응답하여 입력데이터를 스위칭하는 제3 스위치; 및 A third switch for switching input data in response to an output signal of the clock delay unit; And 상기 클럭 신호에 응답하여 제3 스위치의 출력 신호를 스위칭하는 제4 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a fourth switch for switching the output signal of the third switch in response to the clock signal. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치는 엔모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 플립 플롭.And the first, second, third and fourth switches are NMOS transistors. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 래치부는,The latch unit, 크로스 커플(Cross couple)로 구성되고, 상기 스위치부의 제3 스위치의 출력을 입력 받는 제1 인버터 및 상기 스위치부의 제4 스위치의 출력을 입력 받는 제2 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a second inverter configured as a cross couple, the second inverter receiving the output of the third switch of the switch unit and the second inverter receiving the output of the fourth switch of the switch unit. 다중 전원 전압 시스템에 이용되는 플립플롭에 있어서,For flip-flops used in multiple power supply voltage systems, 저 전원 전압에 의해 구동되며 클럭 신호를 반전 지연시켜, 제1 지연 신호 및 출력 신호를 생성하는 클럭 지연부;A clock delay unit driven by a low power supply voltage and inverting a delay of the clock signal to generate a first delay signal and an output signal; 복수 개의 스위치를 포함하며 입력 데이터와 상기 클럭 신호와 상기 클럭 지 연부의 출력 신호에 응답하여 접지 전원(Ground)에 스위칭하는 스위치부;A switch unit including a plurality of switches and switching to ground power in response to input data, the clock signal, and an output signal of the clock delay unit; 상기 클럭 지연부의 제1 지연 신호에 응답하여 충전되는 예비 충전 신호를 생성하고, 상기 스위치부에 스위칭된 접지 전원에 의해 예비 충전 신호가 방전되는 예비 충전부;A precharge unit generating a precharge signal charged in response to the first delay signal of the clock delay unit and discharging the precharge signal by a ground power source switched to the switch unit; 상기 예비 충전 신호와 상기 클럭 신호에 응답하여 전원 전압에 의한 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 스위칭하는 래치 제어부; 및A latch controller for switching a high signal by a power supply voltage or a low signal by a ground power supply in response to the preliminary charging signal and the clock signal; And 상기 래치 제어부에 연결되어 상기 래치 제어부의 전원 전압에 의한 하이 신호 또는 접지 전원에 의한 로우 신호를 저장하는 래치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a latch unit connected to the latch control unit for storing a high signal by a power supply voltage of the latch control unit or a low signal by a ground power source. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 스위치부는,The switch unit, 상기 입력 데이터에 게이트 단자가 연결된 제1 엔모스 트랜지스터;A first NMOS transistor having a gate terminal connected to the input data; 상기 클럭 신호에 게이트 단자가 연결된 제2 엔모스 트랜지스터; 및A second NMOS transistor having a gate terminal connected to the clock signal; And 상기 클럭 지연부의 출력 신호에 게이트 단자가 연결된 제3 엔모스 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a third NMOS transistor having a gate terminal connected to an output signal of the clock delay unit. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 예비 충전부는,The precharge unit, 상기 클럭 지연부의 제1 지연 신호에 게이트 단자가 연결되어 접지 전원 (Ground)을 스위칭하는 엔모스 트랜지스터;An NMOS transistor connected to a gate terminal of the first delay signal of the clock delay unit to switch ground power; 크로스 커플(Cross couple)로 구성되고, 상기 엔모스 트랜지스터의 출력을 입력 받아 상기 예비 충전 신호를 생성하는 제1 인버터 및 상기 예비 충전 신호를 입력 받아 상기 제1 인버터에 출력하는 제2 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.A first inverter configured to receive a output of the NMOS transistor and generating the preliminary charging signal, and a second inverter configured to receive the preliminary charging signal and output the preliminary charging signal to the first inverter; Flip-flop, characterized in that. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 래치 제어부는,The latch control unit, 상기 예비 충전 신호에 게이트 단자가 연결되는 피모스 트랜지스터;A PMOS transistor having a gate terminal connected to the preliminary charging signal; 상기 클럭 신호에 게이트 단자가 연결되는 제1 엔모스 트랜지스터; 및 A first NMOS transistor having a gate terminal connected to the clock signal; And 상기 예비 충전 신호에 게이트 단자가 연결되는 제2 엔모스 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.And a second NMOS transistor having a gate terminal connected to the preliminary charging signal. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 래치부는,The latch unit, 크로스 커플(Cross couple)로 구성되고, 상기 래치 제어부의 피모스 트랜지스터와 제1 엔모스 트랜지스터 사이에 연결되는 제1 인버터 및 상기 제1 인버터의 출력을 입력 받아 다시 제1 인버터에 입력하는 제2 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플립플롭.A second inverter configured as a cross couple, a first inverter connected between the PMOS transistor and the first NMOS transistor of the latch control unit, and a second inverter receiving an output of the first inverter and inputting the output to the first inverter again Flip-flop, characterized in that it comprises a.
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