_ 明 細 書 フリッブフロッグ回路および半導体集積回路 技術分野 _ Description Flipfrog circuit and semiconductor integrated circuit
本発明は、 半導体集積回路技術さらには論理機能を備えたフリップフ口ッブ回 路に関するもので、 例えば論理機能を備えたフリッブフロップ回路の高速化およ び低消費電力化に利用して有効な技術に関する。 背景技術 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit technology and, more particularly, to a flip-flop circuit having a logic function, and is useful for, for example, increasing the speed and reducing the power consumption of a flip-flop circuit having a logic function. Technology. Background art
論理機能付きのフリップフ口ヅプ回路としては、 マス夕 ·ラツチ回路とスレ一 ブ -ラッチ回路との間に論理回路を設けた発明が提案されている (特開昭 6 4— 4 1 5 1 6号公報や特閧平 3— 1 5 4 5 1 4号公報)。 As a flip-flop circuit having a logic function, an invention in which a logic circuit is provided between a master latch circuit and a slave-latch circuit has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 644-1415). No. 6 and Japanese Patent Publication No. 3-1 154 5 14).
このうち、 特閧昭 6 4 - 4 1 5 1 6号公報に記載の発明は、 論理回路の前段と 後段にそれそれラツチ回路が接続されしかも論理回路の動作が速い場合におけ る誤動作を防止するために前段のラッチ回路をマス夕 ·スレーブ ·ラッチ回路(特 に複数の場合) とすることに伴う回路規模の増大を回避するため、 論理回路の前 段のラツチ回路をマスタ ·ラツチ回路とし後段のラツチ回路をスレーブ 'ラッチ 回路とするような構成にすることによって回路の小面積化を図るようにしたも のである。 Among them, the invention described in Japanese Patent Application Publication No. 64-141516 prevents malfunctions when latch circuits are connected before and after the logic circuit and the operation of the logic circuit is fast. In order to avoid an increase in circuit size due to the use of a master-slave latch circuit (especially in the case of a plurality of latch circuits), the latch circuit preceding the logic circuit is designated as a master latch circuit. The configuration is such that the subsequent latch circuit is configured as a slave-latch circuit to reduce the circuit area.
また、 特開平 3— 1 5 4 5 1 4号公報に記載の発明は、 互いにオーバ一ラッブ しない 2つのクロヅク信号により動作するマスタ .スレーブ構成のフリヅブフロ ップ回路の低消費電力化を図るため、 マス夕 ·ラツチ回路とスレーブ 'ラッチ回 路との間に論理回路を設け、 マスタ · ラッチ回路を動作させる第 1のクロックを 遮断するときはスレーブ ·ラッチ回路を動作させる第 2のクロックも遮断するよ うにしたものである。 In addition, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-154514 is intended to reduce the power consumption of a master-slave type flip-flop circuit operated by two clock signals which do not overlap with each other. A logic circuit is provided between the master latch circuit and the slave latch circuit, and when the first clock for operating the master latch circuit is shut off, the second clock for operating the slave latch circuit is also shut off. That's how it works.
上記いずれの先願発明もマスタ · ラッチ回路とスレーブ 'ラッチ回路との間に
論理回路を設けているが、 論理回路自身は従来の回路形式をそのまま踏襲するも のであり、 論理動作の高速化および論理回路部分の低消費電力化という点につい ては考慮が払われていなかった。 In any of the above-mentioned prior inventions, the master-latch circuit and the slave 'latch circuit Although a logic circuit is provided, the logic circuit itself follows the conventional circuit form, and no consideration was given to speeding up the logic operation and reducing the power consumption of the logic circuit part. .
この発明の目的は、 マス夕 · ラッチ回路とスレーブ · ラツチ回路との間に論理 回路を備えた論理機能付きフリ ッブフ口ッブ回路の高速化および低消費電力化 を図ることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to increase the speed and reduce the power consumption of a flip-flop circuit with a logic function having a logic circuit between a master latch circuit and a slave latch circuit.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、 本明細書の 記述および添附図面から明らかになるであろう。 発明の閧示 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Invention
本願において開示される発明のうち、 代表的なものの概要を簡単に説明すれば 下記のとおりである。 The outline of typical inventions disclosed in the present application is briefly described as follows.
すなわち、 本発明では、 マスタ · ラッチ回路とスレーブ ' ラッチ回路との間に 論理回路を備えた論理機能付きフリップフロップ回路において、 マスタ · ラッチ 回路とスレーブ · ラッチ回路との間の論理を構成する手段として、 A N Dゲート 回路や O Rゲ一ト回路などの論理ゲート回路の代わりに伝送 M O S トランジス 夕 (伝送ゲート) を用いるとともに、 この論理を構成する伝送 M O S トランジス 夕とクロック信号に対応してスレーブ . ラツチ回路をラッチ動作させる M O S ト ランジス夕とを共用させるようにしたものである。 That is, according to the present invention, in a flip-flop circuit with a logic function provided with a logic circuit between a master latch circuit and a slave latch circuit, means for configuring logic between the master latch circuit and the slave latch circuit A transmission MOS transistor (transmission gate) is used in place of a logic gate circuit such as an AND gate circuit or an OR gate circuit, and the transmission MOS transistor constituting this logic and a slave latch corresponding to the clock signal. It is designed to share a MOS transistor for latching the circuit.
これにより、 伝送 M O S トランジスタによるマスタ · ラツチ回路からスレ一 ブ * ラツチ回路への信号の伝送と同時に論理出力を得ることができるようになり、 回路の高速化が可能となるとともに、 マス夕 · ラッチ回路とスレーブ ' ラッチ回 路との間に設けられた伝送 M O S トランジスタからなる論理回路には、 論理ゲー ト回路におけるような電源電圧端子から接地電位に向かって直流電流 (C M O S ゲート回路において入力信号の変化時に瞬間的に流れる貫通電流を含む) が流れ るパスが存在しないため、 低消費電力化が達成される。 As a result, a logic output can be obtained simultaneously with the transmission of a signal from the master latch circuit to the slave * latch circuit by the transmission MOS transistor, and the circuit can be operated at a high speed. A logic circuit consisting of transmission MOS transistors provided between the circuit and the slave's latch circuit has a DC current (grounded from the input signal in a CMOS gate circuit) from the power supply voltage terminal to the ground potential as in a logic gate circuit. (Including a through current that flows instantaneously at the time of change), so that low power consumption is achieved.
なお、 マス夕 · ラッチ回路とスレーブ · ラツチ回路との間に設けられる上記論
理回路は、 論理積、 論理和、 排他的論理和、 加算 (半加算および全加算を含む)、 減算、 選択あるいはそれらの組合せ論理など、 どのような論理であってもよい。 Note that the above discussion provided between the master and latch circuits and the slave and latch circuits The logical circuit may be any logic such as AND, OR, exclusive OR, addition (including half addition and full addition), subtraction, selection, or a combination thereof.
図面の簡単な説明 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明に係る論理機能 (排他的論理和) 付きフ リ ップフロップ回路の 第 1の実施例のフリップフ口ップ回路を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a first embodiment of the flip-flop circuit with a logical function (exclusive OR) according to the present invention.
図 2は、 図 1の実施例の論理機能付きフリップフロップ回路の等価回路を示す 回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 3は、 本発明に係る論理機能 (排他的論理和) 付きフ リ ップフロップ回路の 第 2の実施例のフ リ ッブフロップ回路を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a second embodiment of the flip-flop circuit with a logical function (exclusive OR) according to the present invention.
図 4は、 本発明に係る論理機能 (論理和) 付きフ リ ップフロップ回路の第 3の 実施例のフリップフロップ回路を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a third embodiment of the flip-flop circuit with a logical function (logical sum) according to the present invention.
図 5は、 図 4の実施例の論理機能付きフリップフロッブ回路の等価回路を示す 回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 6は、 本発明に係る論理機能 (論理積) 付きフ リ ップフロップ回路の第 4の 実施例のフリップフ口ッブ回路を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a fourth embodiment of the flip-flop circuit with a logical function (logical product) according to the present invention.
図 7は、 図 6の実施例の論理機能付きフリップフ口ップ回路の等価回路を示す 回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 8は、 本発明に係る論理機能 (全加算) 付きフ リ ップフロップ回路の第 5の 実施例のフリップフロップ回路を示す回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a fifth embodiment of the flip-flop circuit with a logic function (full addition) according to the present invention.
図 9は、 図 8の実施例の論理機能付きフリップフ口ップ回路の等価回路を示す 回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 1 0は、 本発明に係る論理機能 (半加算) 付きフ リ ップフロップ回路の第 6 の実施例のフリッブフ口ッブ回路を示す回路図である。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a sixth embodiment of the flip-flop circuit with the logic function (half addition) according to the present invention.
図 1 1は、 図 1 0の実施例の論理機能付きフリップフ口ッブ回路の等価回路を 示す回路図である。
図 1 2は、 本発明に係る論理機能 (マルチプレクス) 付きフリッブフ口ップ回 路の第 7の実施例のフリップフ口ッブ回路を示す回路図である。 FIG. 11 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG. FIG. 12 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a seventh embodiment of the flip-flop circuit with a logic function (multiplex) according to the present invention.
図 1 3は、 図 1 2の実施例の論理機能付きフリッブフ口ップ回路の等価回路を 示す回路図である。 FIG. 13 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 1 4は、 図 1 2の実施例回路の動作タイミングを示すタイミングチャートで ある。 FIG. 14 is a timing chart showing operation timings of the circuit of the embodiment in FIG.
図 1 5は、 図 1 6のマルチプレクサ回路の動作タイミングを示すタイミングチ ャ一トである。 FIG. 15 is a timing chart showing the operation timing of the multiplexer circuit of FIG.
図 1 6は、 図 1 2の実施例回路と同等の機能を有し論理ゲート回路を用いて構 成されたマルチプレクサ回路を示す回路図である。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a multiplexer circuit having functions equivalent to those of the embodiment circuit of FIG. 12 and using a logic gate circuit.
図 1 7は、 図 1 6の回路の等価回路を示す回路図である。 FIG. 17 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the circuit of FIG.
図 1 8は、 本発明に係る論理機能 (デ ·マルチブレクス) 付きフリヅブフロヅ ブ回路の第 8の実施例のフ リ ップフ口ップ回路を示す回路図である。 FIG. 18 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to an eighth embodiment of the flip-flop circuit with a logic function (demultiplex) according to the present invention.
図 1 9は、 図 1 8の実施例の論理機能付きフリッブフ口ッブ回路の等価回路を 示す回路図である。 FIG. 19 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 2 0は、 本発明に係る論理機能付きフリッブフロッブ回路の第 9の実施例の フリップフロップ回路を示す回路図である。 FIG. 20 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a ninth embodiment of the flip-flop circuit with a logic function according to the present invention.
図 2 1は、 図 2 0の実施例の論理機能付きフリップフロップ回路の等価回路を 示す回路図である。 FIG. 21 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flip-flop circuit with a logic function of the embodiment of FIG.
図 2 2は、 図 2 0の実施例回路の動作タイミングを示すタイミングチャートで ある。 FIG. 22 is a timing chart showing the operation timing of the embodiment circuit of FIG.
図 2 3は、 公知の 1 6 x 1 6ビクセル二値画像用フィル夕回路の構成を示すブ 口ック図である。 FIG. 23 is a block diagram showing the configuration of a known 16 × 16 pixel binary image filter circuit.
図 2 4は、 本発明に係る論理機能付きフリップフロッブ回路の応用例としての 二値画像用フィル夕回路の実施例を示すプロック図である。 FIG. 24 is a block diagram showing an embodiment of a binary image filter circuit as an application example of the flip-flop circuit with a logic function according to the present invention.
図 2 5は、 本発明に係る論理機能付きフリップフロッブ回路をセルライブラリ に登録しておいて、 論理集積回路の設計を行なう場合の設計手順を示すフローチ
ャ一トである。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 25 is a flowchart showing a design procedure when designing a logic integrated circuit by registering a flip-flop circuit with a logic function according to the present invention in a cell library. It is a chart. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の実施例を、 図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図 1は、 本発明に係る論理機能付きフリップフロップ回路の一実施例として、 マスタ · ラッチ回路とスレーブ · ラツチ回路との間に排他的論理和機能 (E OR および E N〇 R) を有する論理回路が設けられたフリップフロップ回路の例を示 す回路図である。 FIG. 1 shows a logic circuit having an exclusive OR function (EOR and EN〇R) between a master latch circuit and a slave latch circuit as an embodiment of a flip-flop circuit having a logic function according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a flip-flop circuit provided with.
図 1のフリ ップフロッブ回路は、 差動入力型の 2つの CMO Sラツチ回路 L T 1, L T 2からなるマスタ ' ラッチ部 1 0と、 1つの CM〇 Sラッチ回路からな るスレーブ ' ラッチ部 30と、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30 との間に設けられた伝送 MO S F E Tからなる論理演算部 2 0とにより構成さ れている。 The flip-flop circuit shown in Fig. 1 is composed of a master 'latch section 10 consisting of two differential input type CMOS latch circuits LT1 and LT2, and a slave' latch section 30 consisting of one CM〇S latch circuit. And a logical operation unit 20 composed of a transmission MOSFET provided between the master / latch unit 10 and the slave / latch unit 30.
上記マスタ · ラッチ部 1 0の CMO Sラツチ回路 L T 1 (L T 2 ) は、 ソース 端子が電源電圧 Vd d (例えば 5ポルト) に接続されゲート端子にクロック信号 /C L Kが入力される pチャネル MO S F E T Q p 1 (Qp l,) と、 該 MO SFE T Q p lのドレイ ン端子に各々ソース端子が接続されゲ一ト端子が入 力端子に接続された一対の差動入力 M〇 S F E T Q p 2 , Q p 3 (Q p 2 Qp 3 ') と、 これらの MO S FE T Q p 2 , Q p 3のドレイン端子と接地電 位 V s sとの間にそれぞれ直列に接続された M〇 S F E T Q p 4 , Qn 1 (Q P 4 ', Qn 1 ') および Qp 5 , Q n 2 (Q p 5 ', Qn 2 ') と、 上記差動入力 MO S FET Q p 2 , Q p 3のドレイン端子間に接続された pチャネル M〇 S FE T Qp 6 (Q p 6 ') とから構成されている。 The CMOS latch circuit LT 1 (LT 2) of the master latch unit 10 has a source terminal connected to the power supply voltage Vdd (for example, 5 ports) and a gate terminal to which the clock signal / CLK is input. p 1 (Qp l,) and a pair of differential inputs M〇SFETQ p 2, Q p with the source terminal connected to the drain terminal of the MOSFET TQ pl and the gate terminal connected to the input terminal 3 (Q p 2 Qp 3 ') and the M〇 SFET Q p 4, Qn 1 connected in series between the drain terminals of these MOS FET Q p 2, Q p 3 and the ground potential V ss, respectively. (QP 4 ', Qn 1') and Qp 5, Qn 2 (Q p 5 ', Qn 2') and the drain terminal of the differential input MOS FET Q p 2, Q p 3 p channel M〇S FET Qp 6 (Q p 6 ′).
そして、 上記 MO S F E T . Qp 4と Qn l (Q p 4 ' と Qn l,) のゲート 端子および Q p 5, Q n 2 (Q p 5 ' と Qn 2,) のゲート端子はそれそれ共通 接続されてィ ンバ一夕を構成しているとともに、 これらのィンパ一夕の共通ゲ一 ト端子は互いに他方の共通ドレイン端子と交差結合され、 ローカルなラッチ回路
を構成している。 また、 これらの共通ドレイン端子は出力ノード n 1, n 2 (n 1,, n 2 ') に接続されている。 The gate terminals of the above MOSFETs Qp4 and Qnl (Qp4 'and Qnl,) and the gate terminals of Qp5 and Qn2 (Qp5' and Qn2,) are connected in common. And the common gate terminals of these amplifiers are cross-coupled with each other and connected to the other common drain terminal to form a local latch circuit. Is composed. These common drain terminals are connected to output nodes n1, n2 (n1, n2 ').
上記ラッチ回路 LT 1 (LT 2) は、 クロック信号/ C LKがハイレベルにさ れると MO S FE T Q 1 (Q p 1,) がオフされて非動作状態となるととも に、 デイスチヤ一ジ用の pチャネル M〇 S FE T Q p 6 (Q p 6,) がオン状 態にされて出力ノード n l, n 2 (n l,, n 2 ') が接地電位 V s sとなる。 そ して、 ラッチ回路 LT 1 ( L T 2 ) は、 クロック信号/ C LKがロウレベルにさ れることにより活性化され、 このときロウレベルの入力信号 I N 1 ( I N 2 ) が 入力されると差動入力 M〇 S F E T Q p 2 (Q p 2 ') がオンされ、 Qp 3 (Q p 3 ') がオフ状態とされる。 これによつて、 MO S FE T Q p 5 (Qn2 ') のソースに電源電圧 V c cに近い高電位が印加されてオン状態となり、 出カノ一 ド n 1 (n 1,) がハイレベル (V c c)、 また n 2 (n 2 ') がロウレベル (V s s ) となり、 この状態が口一カル ' ラッチ回路 (Qp 4, Qn lおよび Qp 5, Qn 2や Qp 4,, Qn l ' および Q p 5,, Q n 2 ') によって保持される。 ノ、 ィレベルの入力信号 I N I ( I N 2 ) が入力されると、 出力ノード n l (η ΐ ') がロウレベル (V s s)、 また n2 (η 2 ') がハイレベル (V c c) となり、 こ の状態が口一カル · ラツチ回路 (Qp 4, Qn lおよび Qp 5 , Q n 2 (Q p 4 '; Qn l, および Qp 5,, Q n 2 ')によって保持される。 なお、 MOSFE T Q P 6 , Q p 6 ' のゲート端子には常時接地電位 V s s (例えば 0ポルト) が印加 されてオン状態とされており、 クロヅク /C L Kにより MO S F E T Q p 1 , Qp 1 ' がオフされているときにィコライズ用素子として作用する。 The latch circuit LT 1 (LT 2) is used for turning off the MOS FET TQ 1 (Q p 1) when the clock signal / CLK is set to a high level and inactive, and for latching. The p-channel M〇S FETQ p6 (Qp6,) of the p-channel is turned on, and the output nodes nl, n2 (nl, n2 ') become the ground potential Vss. Then, the latch circuit LT 1 (LT 2) is activated when the clock signal / CLK is set to the low level, and when the low-level input signal IN 1 (IN 2) is input at this time, the differential input is performed. M〇 SFET Q p 2 (Q p 2 ′) is turned on, and Qp 3 (Q p 3 ′) is turned off. As a result, a high potential close to the power supply voltage Vcc is applied to the source of the MOSFET TQ p5 (Qn2 '), and the source is turned on, and the output node n1 (n1,) is set to the high level (Vn cc), and n 2 (n 2 ′) becomes low level (V ss), and this state becomes a single-state latch circuit (Qp 4, Qn l and Qp 5, Qn 2, Qp 4, Qn l 'and Q p 5 ,, Q n 2 '). When the input signal INI (IN 2) of the low level or the high level is input, the output node nl (η ΐ ′) goes low (V ss) and n2 (η 2 ′) goes high (V cc). The state is held by the oral latch circuit (Qp4, Qnl and Qp5, Qn2 (Qp4 '; Qnl, and Qp5, Qn2'). , Q p 6 ′ are always turned on by applying the ground potential V ss (for example, 0 port) to the gate terminals of the MOSFETs when the MOSFET Q p 1, Qp 1 ′ is turned off by the clock / CLK. Acts as an equalizing element.
なお、 この実施例のマスタ · ラッチ部 1 0を構成するラッチ回路 LT 1, LT 2は一例であって、 これに限定されるものではない。 例えば、 差動入力 MO S F ET Q p 2 , Q p 3 (Q p 2 ', Q p 3 ') を省略して、 入力信号 I N 1 ( I N 2 ) をインバー夕を構成する MO S F E T Q p 4, Q n 1または Q p 5, Q n 2 (Qp 4,, Qn l ' または Q p 5 ', Q n 2 ') の共通ゲー ト端子に直接入力 させるような構成とすることも可能である。
一方、 上記スレーブ ' ラッチ部 30は、 それそれ電源電圧 Vd dと接地電位 V s sとの間に直列に接続された M〇 S F E T Q p 7 , Qn5と Qp 8 , Qn 6 とから構成されている。 そして、 上記 MO S FE T Q p 7と Qn 5のゲート端 子および Q P 8, Q n 6のゲ一ト端子は共通接続されてそれそれィンパ一夕を構 成しており、 これらのインバ一夕の入出力ノード n 3, n4が互いに交差結合さ れてラッチ回路を構成している。 Note that the latch circuits LT1 and LT2 constituting the master latch section 10 of this embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to this. For example, by omitting the differential inputs MO SF ET Q p 2, Q p 3 (Q p 2 ', Q p 3'), the input signal IN 1 (IN 2) is used as the MO SFET Q p 4, A configuration is also possible in which input is made directly to the common gate terminal of Qn1 or Qp5, Qn2 (Qp4, Qnl 'or Qp5', Qn2 '). On the other hand, the slave latch section 30 is composed of M〇SFETs Q p7 and Qn5 and Qp 8 and Qn 6 connected in series between the power supply voltage Vdd and the ground potential V ss. The gate terminals of the MOS FETQ p7 and Qn5 and the gate terminals of QP8 and Qn6 are commonly connected to each other to form an amplifier. The input / output nodes n3 and n4 are cross-coupled with each other to form a latch circuit.
論理演算部 20は、 上記マスタ ' ラッチ部 1 0のラッチ回路 LT 1の一対の出 力ノード n 1, n 2と上記スレーブ · ラッチ部 3 0の一方の入出力ノード n 3と の間に並列に接続された伝送 MO S F E T Q n 7, Q n 8と、 マス夕 ' ラッチ 部 1 0のラッチ回路 L T 2の一対の出力ノード n 1,, n 2 ' と上記スレーブ ' ラッチ部 3 0の他方の入出力ノ一ド n 4との間に並列に接続された伝送 MO S F E T Qn 9, Qn l Oとにより構成されている。 そして、 伝送 MO S F E T Qn 7のゲート端子にはラッチ回路 L T 2の一方の出力ノード n 1, の電位が、 伝送 MO S F E T Qn 8のゲ一ト端子にはラツチ回路 L T 2の他方の出カノ —ド n 2, の電位が、 伝送 MO S F E T Q n 9のゲート端子にはラッチ回路 L T 1の一方の出力ノード n 1の電位が、 伝送 MO S FE T Qn l Oのゲート端 子にはラッチ回路 L T 2の他方の出カノ一ド n 2の電位が、 それそれ入力されて いる。 The logic operation unit 20 is connected in parallel between the pair of output nodes n 1 and n 2 of the latch circuit LT 1 of the master latch unit 10 and one input / output node n 3 of the slave latch unit 30. The transmission MO SFETs Qn7 and Qn8 connected to the master, the latch circuit of the latch unit 10 and the pair of output nodes n1, and n2 of the LT2 and the other of the slave latch unit 30 It is composed of transmission MOSFETs Qn9 and QnIO connected in parallel between the input and output node n4. The potential of one output node n 1 of the latch circuit LT 2 is applied to the gate terminal of the transmission MO SFET Qn 7, and the other output node of the latch circuit LT 2 is applied to the gate terminal of the transmission MO SFET Qn 8. The gate of the transmission MOS FET Q n 9 receives the potential of one output node n 1 of the latch circuit LT 1, and the transmission MO SFET Q n 10 has the gate terminal of the latch circuit LT. The potential of the other output node n 2 of 2 is input to each.
これによつて、 スレーブ . ラッチ部 3 0の入出力ノード n 3には、 入力信号 A と Bの排他的論理和をとつた信号 (E OR) が、 またスレーブ ' ラッチ部 30の 入出力ノード n4には、 入力信号 Aと Bの排他的論理和 (ENOR) をとつた信 号がそれそれ供給され、 インバ一タ (Qp 7, Q n 5 ) と (Qp 8, Qn 6) に よって增幅されて出力されることとなる。 As a result, a signal (EOR) obtained by taking the exclusive OR of the input signals A and B is applied to the input / output node n 3 of the slave latch unit 30 and the input / output node of the slave latch unit 30. A signal obtained by taking the exclusive OR (ENOR) of the input signals A and B is supplied to n4, and the width is determined by the inverters (Qp7, Qn5) and (Qp8, Qn6). And output.
さらに、 この実施例では、 クロヅク信号/ C L Kがロウレベルの期間は、 ディ スチヤ一ジ用の nチャネル MO S F E T Q n 3 , Q n 4 , Q n 3 ' , Q n 4 ' がオンされることによって、 伝送 M〇 S FET Qn7〜 Qn l Oのゲート端子 がロウレベルにされ Q n 7〜 Q n l Oがオフ状態とされる。 その結果、 スレ一
ブ · ラッチ部 30が信号保持状態となる。 Further, in this embodiment, during the period when the clock signal / CLK is at the low level, the n-channel MOS FETs Q n3, Q n4, Q n 3 ′ and Q n 4 ′ for the display are turned on, Transmission The gate terminals of the MS FETs Qn7 to QnlO are set to low level, and Qn7 to QnlO are turned off. As a result, The latch unit 30 enters the signal holding state.
すなわち、 この実施例では、 マス夕 ' ラッチ部 1 0の出力ノード (論理演算部 20の入力ノード) に接続されたデイスチャージ用 M〇 S FE T Qn3〜Qn 4, が、 クロヅク信号/ C LKがハイ レベルの期間中マスタ ' ラッチ部 10を活 性化させ、 ロウレベル期間中は伝送 MO S F E T Qn 7〜Qn 1 0をオフさせ てスレーブ · ラッチ部 30を信号保持状態にさせるように作用する。 これにより、 クロック信号によるマスタ · ラッチ部 1 0の動作終了と同時にスレーブ · ラッチ 部 30をラッチ状態へ移行させることができるようになる。 That is, in this embodiment, the M チ ャ ー ジ S FET Qn3 to Qn4 for discharge connected to the output node of the master / latch unit 10 (the input node of the logical operation unit 20) is a clock signal / CLK. During the high level period, the master latch unit 10 is activated, and during the low level period, the transmission MOSFETs Qn7 to Qn10 are turned off to operate the slave latch unit 30 in the signal holding state. Thus, the slave latch unit 30 can be shifted to the latch state at the same time when the operation of the master latch unit 10 by the clock signal ends.
しかも、 この実施例のフリヅブフ口ヅブ回路は、 マス夕 · ラッチ部 10とスレ —ブ · ラッチ部 30との間に伝送 MO S F E Tからなる論理演算部 20が設けら れ、 伝送 M〇 S FETがマスタ · ラツチ部 10とスレーブ ' ラッチ部 30への信 号の伝達と同時に論理動作を行なう。 これにより、 論理演算部 20における論理 動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が可能となる。 In addition, the free-running circuit of this embodiment is provided with a logic operation section 20 composed of a transmission MOS FET between the master latch section 10 and the slave latch section 30. Performs logic operation simultaneously with transmission of signals to the master latch unit 10 and slave latch unit 30. As a result, the delay due to the logical operation in the logical operation unit 20 is eliminated, and the circuit can be speeded up.
これとともに、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラヅチ部 3◦との間に設け られた伝送 MO S FE Tからなる論理演算部 20には、 ANDゲート回路や OR ゲート回路などの論理ゲート回路におけるような電源電圧端子から接地電位に 向かって直流電流が流れるパスが存在しない。 その結果、 低消費電力化が達成さ れる。 At the same time, the logical operation unit 20 composed of the transmission MOS FET provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 3 ° includes a logic gate circuit such as an AND gate circuit or an OR gate circuit. There is no path through which DC current flows from the power supply voltage terminal to the ground potential. As a result, low power consumption is achieved.
図 2 (A), (B) には、 図 1の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用いて表 わした等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 2 (A) のように論理 演算回路の前段にラッチ回路を配置したもの、 または図 2 (B) のように論理演 算回路の後段にラッチ回路を配置したものと等価である。 また、 図 2 (C) は従 来の論理回路のように、 論理演算回路の前段と後段にそれそれマスタ · ラッチ回 路 MLTとスレーブ · ラツチ回路 S L Tを設けた場合を示す。 2 (A) and 2 (B) show equivalent circuits that represent the functions of the circuit of Fig. 1 using a conventional logic gate circuit. In other words, in the circuit of this embodiment, a latch circuit is arranged before the logic operation circuit as shown in FIG. 2A, or a latch circuit is arranged after the logic operation circuit as shown in FIG. 2B. Is equivalent to FIG. 2 (C) shows a case where a master / latch circuit MLT and a slave / latching circuit SLT are provided at the front and rear stages of the logical operation circuit, respectively, as in a conventional logic circuit.
図 2 (A), (B) と (C) とを比較すると明らかなように、 従来型回路では論 理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できず (従って前後のラッチ回路をクロック の同一ェヅジ動作させることができず) かつ前後のラッチ回路での遅延が加算さ
れるのに対し、 本実施例のフ リ ヅブフロッブ回路は論理演算回路部での遅延 (出 力遅延または入力遅延) が理論上 「 0」 となるため、 回路全体の遅延はラッチ 1 段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from comparison of Figs. 2 (A), 2 (B) and 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored (therefore, the preceding and following latch circuits are not clocked). The same page cannot be operated) and the delay in the preceding and following latch circuits is added. On the other hand, in the free-flop circuit of this embodiment, the delay (output delay or input delay) in the logic operation circuit section is theoretically “0”, so the delay of the entire circuit is reduced to one stage of the latch. It can be seen that the speed is greatly increased.
図 3は、 マス夕 · ラツチ回路とスレーブ · ラツチ回路との間に排他的論理和機 能を有する論理回路が設けられたフリ ッブフ口ッブ回路の他の実施例を示す。 図 3において、 図 1 と同一の符号が付された部分は同一の機能を有する回路である。 図 1の実施例では、 マスタ ' ラッチ部 1 0が差動入力型の C M 0 Sラッチ回路 L T 1 , L T 2で構成されているのに対し、 図 3の実施例は、 シングル入力とした 場合の実施例である。この実施例においても、マスタ ·ラツチ部 1 0とスレ一ブ · ラッチ部 3 0との間に設けられた論理演算部 2 0が C M O S伝送ゲ一ト T G 1, T G 2により構成されているため、 論理動作による遅延時間が小さくなり、 高速 化が達成される。 なお、 図 1の実施例のように、 マスタ ' ラッチ部 1 0に差動型 のラッチ回路を用いた方がノイズに強くなり、 信号を低振幅化しても誤りなく伝 達することができるという利点がある。 FIG. 3 shows another embodiment of a flip-flop circuit in which a logic circuit having an exclusive OR function is provided between a master latch circuit and a slave latch circuit. In FIG. 3, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are circuits having the same functions. In the embodiment of FIG. 1, the master's latch section 10 is composed of the differential input type CM 0 S latch circuits LT 1 and LT 2, whereas the embodiment of FIG. This is an embodiment of the invention. Also in this embodiment, the logical operation unit 20 provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30 is constituted by the CMOS transmission gates TG 1 and TG 2. However, the delay time due to the logic operation is reduced, and the speed is increased. As shown in the embodiment of FIG. 1, the use of a differential latch circuit in the master's latch section 10 is more resistant to noise and has the advantage that the signal can be transmitted without error even if the signal amplitude is reduced. There is.
図 4は、 マス夕 · ラツチ部 1 0とスレーブ ' ラッチ部 3 0との間に論理和機能 ( O Rおよび N O R ) を有する論理演算部 2 0が設けられたフリ ップフ口ヅブ回 路の実施例を示す。 この実施例の回路は、 論理演算部 2 0が排他的論理和機能を 有するように構成された図 1の実施例と類似しており、 図 4において、 図 1 と同 一の符号が付された部分は同一の機能を有する回路である。 図 4の回路が図 1の 実施例回路と異なっているのは、 マス夕 ' ラッチ部 1 0のラヅチ回路 L T 1, L T 2を構成する M O S F E Tの導電型が逆になつている点と、 クロック/ C L K により制御されてマスタ · ラッチ部 1 0のラヅチ回路 L T 1, L T 2の出カノ一 ド n l, n 2 , n l,, η 2 ' にドレイ ン端子が接続されている Μ 0 S F Ε Τの ソース端子が接地電位 V s sでなく電源電圧 V d dに接続されている点と、 論理 演算部 2 0を構成する M〇 S F E Tの導電型と接続が異なっている点である。 すなわちこの実施例の論理演算部 2 0は、 マスタ · ラッチ部 1 0のラッチ回路 L T 1の一対の出カノ一ド n 1, n 2 と上記スレーブ · ラヅチ部 3 0の一方の入
出力ノード n 3, n 4との間に璋続された伝送 MO S F E T Q p 1 1 , Q p 1 2と、 この伝送 MO S F E T Q 1 1の出力側ノ一ド (スレーブ ' ラッチ部 3 0の入出力ノード n 3) と接地点との間に接続された MO S F E T Qp l 3と、 伝送 MO S FE T Qp 1 2の出力側ノード (スレーブ ' ラッチ部 30の入出力 ノード n4) と電源電圧 Vd dとの間に接続された MO S FE T Qp l 4とに より構成されている。 そして、 伝送 M〇 S F E T Qp l l, Qp l 2のゲート 端子にはラッチ回路 L T 2の一方の出力ノード n 2, の電位が、 また MOS FE T Q 1 3 , Qp 1 4のゲート端子にはラッチ回路 L T 2の他方の出力ノード n 1 ' の電位が、 それそれ入力されている。 Figure 4 shows the implementation of a flip-flop circuit in which a logical operation unit 20 having an OR function (OR and NOR) is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30. Here is an example. The circuit of this embodiment is similar to the embodiment of FIG. 1 in which the logical operation unit 20 is configured to have an exclusive OR function, and in FIG. 4, the same reference numerals as in FIG. 1 are used. Are circuits having the same function. The circuit of FIG. 4 is different from the circuit of the embodiment of FIG. 1 in that the conductivity types of the MOSFETs constituting the latch circuits LT 1 and LT 2 of the latch unit 10 are reversed, and that the clock The drain terminal is connected to the output nodes nl, n2, nl, and η2 'of the latch circuits LT1 and LT2 of the master latch unit 10 controlled by / CLK. {0SF} Are connected to the power supply voltage V dd instead of the ground potential V ss, and are different in the conductivity type and connection of the M〇SFET constituting the logic operation unit 20. That is, the logical operation unit 20 of this embodiment includes a pair of output nodes n 1 and n 2 of the latch circuit LT 1 of the master latch unit 10 and one input of the slave latch unit 30. The transmission MO SFETs Q p11 and Q p12 connected between the output nodes n 3 and n 4 and the output node of this transmission MO SFET Q 11 1 (input and output of the slave 'latch section 30) The MOSFET Qp l 3 connected between the node n 3) and the ground, the output node of the transmission MOSFET Qp 12 (input / output node n4 of the slave 'latch 30) and the power supply voltage Vd d And MO S FET Qp l 4 connected between the two. The potential of one output node n 2 of the latch circuit LT 2 is set at the gate terminal of the transmission M〇 SFET Qp ll, Qp l 2, and the latch circuit is set at the gate terminal of the MOS FET Q 13, Q p 14. The potential of the other output node n 1 ′ of LT 2 is input.
これによつて、 スレーブ . ラッチ部 3 0の入出力ノード n 3からは、 入力信号 A, Bの論理和の逆相の信号 (N〇R) が、 またスレーブ ' ラッチ部 30の入出 力ノード n 4からは、 入力信号 A, Bの論理和をとつた信号 (OR) がそれそれ 出力されることとなる。 As a result, from the input / output node n 3 of the slave latch unit 30, a signal (N〇R) having the opposite phase of the logical sum of the input signals A and B is output from the input / output node n 3 of the slave latch unit 30. From n4, a signal (OR) that is the logical sum of the input signals A and B is output.
この実施例においても、 マスタ ' ラヅチ部 1 0とスレーブ ' ラツチ部 30との 間に設けられた論理演算部 20が伝送 MO S F E Tにより構成されているため、 論理演算部 20における論理動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が達成さ れる。 Also in this embodiment, since the logical operation unit 20 provided between the master's latch unit 10 and the slave's latch unit 30 is constituted by a transmission MOSFET, the delay due to the logical operation in the logical operation unit 20 is reduced. And the circuit speeds up.
また、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間に設けられた伝 送 MO S F E Tからなる論理演算部 2 0には、 論理ゲート回路におけるような電 源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しないため、 低 消費電力化が達成される。 In addition, a logic operation unit 20 composed of a transmission MOSFET provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30 is connected to a ground potential from a power supply voltage terminal as in a logic gate circuit. Since there is no path through which direct current flows, low power consumption is achieved.
図 5 (A), (B) には、 図 4の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用いて表 わした等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 5 (A) のように論理 演算回路の前段にラッチ回路を配置したもの、 または図 5 (B) のように論理演 算回路の後段にラッチ回路を配置したものと等価である。 また、 従来の論理回路 において同様な論理機能を実現する場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理 演算回路の前段と後段にそれぞれマス夕 · ラッチ回路とスレーブ ' ラヅチ回路が
設けられる。 FIGS. 5A and 5B show equivalent circuits in which the functions of the circuit of FIG. 4 are represented using a conventional logic gate circuit. In other words, in the circuit of this embodiment, a latch circuit is arranged before the logical operation circuit as shown in FIG. 5A, or a latch circuit is arranged after the logical operation circuit as shown in FIG. 5B. Is equivalent to When a similar logic function is realized in a conventional logic circuit, a master latch circuit and a slave latch circuit are provided before and after the logic operation circuit, respectively, as in the case of FIG. 2 (C). Provided.
図 5 (A), (B) と図 2 (C) とを参照すると明らかなように、 従来型回路で は論理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラッチ回路での遅延 が加算されるのに対し、 本実施例のフリ ッブフ口ッブ回路は論理演算回路部での 遅延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延は ラッチ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As apparent from FIGS. 5 (A), 5 (B) and FIG. 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logic operation circuit cannot be ignored, and the gate delay in the preceding and following latch circuits cannot be ignored. While the delay is added, in the flip-flop circuit according to the present embodiment, the delay (output delay or input delay) in the logic operation circuit section is theoretically “0”, so the delay of the entire circuit is latched. Since it is reduced to one stage, it can be seen that the speed is greatly increased.
図 6は、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間に論理積 (A NDおよび NAND) 機能を有する論理演算部 2 0が設けられたフリヅプフロヅ プ回路の実施例を示す。 この実施例の回路は、 論理演算部 20が論理和機能を有 するように構成された図 4の実施例と類似しており、 図 6において、 図 1と同一 の符号が付された部分は同一の機能を有する回路である。 FIG. 6 shows an embodiment of a flip-flop circuit in which a logical operation unit 20 having a logical product (AND and NAND) function is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30. The circuit of this embodiment is similar to the embodiment of FIG. 4 in which the logical operation unit 20 is configured to have a logical sum function. In FIG. 6, the same reference numerals as in FIG. These circuits have the same function.
この実施例においては、 マスタ - ラツチ部 1 0のラツチ回路 L T 1が、 ソース 端子が電源電圧 V d dに接続されゲート端子にクロック信号 C L Kが入力され る Pチャネル MO S FE T Q p 23と、 該 MO S F E T Qp 23のドレイン 端子にソース端子が接続されゲート端子に入力信号 B, /Bが入力されるように 接続された一対の差動入力 MO S F E T Qp 24, Qp 2 5と、 電源電圧 Vd dと接地電位 V s sとの間にそれぞれ直列に接続された MO S F E T Q p 2 1, Qn24および Qp 2 2, Q n 2 5とから構成されてる。 そして、 上記 MO SFET Qp 2 1と Qn 24のゲ一ト端子および Q p 2 2, Qn 25のゲート 端子はそれそれ共通接続されて、 この共通ゲート端子は互いに他方の共通ドレイ ン端子と交差結合されて口一カルなラッチ回路を構成しているとともに、 これら の共通ドレイン端子は上記差動入力 M〇 S F E T Q p 24 , Qp 25のドレイ ン端子に接続されているとともに、 出力ノード n 1 1 , n 1 2にも接続されてい る。 In this embodiment, the latch circuit LT1 of the master-latch unit 10 includes a P-channel MOS FET TQ p23 having a source terminal connected to the power supply voltage V dd and a gate terminal receiving the clock signal CLK, and A pair of differential inputs MO SFETs Qp 24 and Qp 25 connected so that the source terminal is connected to the drain terminal of the MO SFET Qp 23 and the input signals B and / B are input to the gate terminal, and the power supply voltage Vd d And MOSFETs Qp21, Qn24 and Qp22, Qn25 connected in series between the ground potential V ss and the ground potential V ss, respectively. The gate terminals of the MOSFETs Qp21 and Qn24 and the gate terminals of Qp22 and Qn25 are connected in common, and this common gate terminal is cross-coupled with the other common drain terminal. These common drain terminals are connected to the drain terminals of the differential inputs M〇SFETs Q p24 and Qp25, and the output nodes n 1 1 and It is also connected to n12.
上記ラッチ回路 LT 1は、 クロック信号/ C L Kがハイレベルにされると M〇 SFET Q p 2 3がオフされて非動作状態となる。 そして、 ラッチ回路 L T 1 は、 クロック信号/ C LKがロウレベルにされることにより活性化され、 このと
きロウレベルの入力信号 Bが入力されると差動入力 MO S FE T Qp 2 5が オンされ、 Q p 24がオフ状態とされる。 これによつて、 MO S FET Q p 2 2, Qn 2 5の共通ドレインに電源電圧 V c cに近い高電位が印加されて、 出力 ノード n l 1がハイレベル (V c c)、 また n l 2がロウレベル (Vs s) とな り、 この状態がローカル ' ラッチ回路 (Qp 2 1, Qn 24および Qp 22, Q n 2 5) によって保持される。 ハイレベルの入力信号 Bが入力されると、 出カノ —ド n 1 1がロウレベル (V s s )、 また n 2 2がハイレベル ( V c c ) となり、 この状態が口一カル ' ラッチ回路 (Qp 2 1, Qn24および Qp 22, Qn 2 5) によって保持される。 When the clock signal / CLK is set to the high level, the latch circuit LT1 turns off the M〇SFET Qp23 and enters the non-operating state. Then, the latch circuit LT 1 is activated when the clock signal / CLK is set to low level, and When a low-level input signal B is input, the differential input MOSFET Qp25 is turned on, and Qp24 is turned off. As a result, a high potential close to the power supply voltage Vcc is applied to the common drain of the MOS FETs Qp22 and Qn25, and the output node nl1 is at a high level (Vcc) and nl2 is at a low level. (Vs s), and this state is held by the local latch circuits (Qp21, Qn24 and Qp22, Qn25). When the high-level input signal B is input, the output node n 11 becomes low level (V ss), and n 22 becomes high level (V cc), and this state becomes the oral latch circuit (Qp 21 1, Qn24 and Qp22, Qn25).
マスタ · ラッチ部 1 0の他方のラッチ回路 L T 2は、 図 4の論理和機能を有す るフリツブフロヅブ回路におけるマスタ · ラツチ部 1 0のラッチ回路 L T 2の構 成と同一の構成にされており、 図 1の排他的論理和機能を有するフリッブフロッ プ回路におけるマスタ · ラヅチ部 1 0のラッチ回路 L T 2とは、 構成 MO S F E Tの導電型が逆になつている。 The other latch circuit LT2 of the master latch section 10 has the same configuration as the configuration of the latch circuit LT2 of the master latch section 10 in the flip-flop circuit having an OR function in FIG. In the flip-flop circuit having the exclusive OR function in FIG. 1, the conductivity type of the MOS FET is opposite to that of the latch circuit LT 2 of the master latch unit 10.
この実施例の論理演算部 20は、 図 4の論理和機能を有するフリップフロップ 回路における論理演算部 2 0と同一の構成を有する。 The logical operation unit 20 of this embodiment has the same configuration as the logical operation unit 20 in the flip-flop circuit having the OR function of FIG.
すなわち、 マスタ · ラツチ部 1 0のラツチ回路 L T 1の一対の出カノ一ド n 1 1, n 1 2と上記スレーブ · ラヅチ部 3 0の一方の入出力ノード n3, n4との 間に接続された伝送 MO S FE T Qp l l, Q p l 2と、 この伝送 MO S FE T Qp 1 1の出力側ノード (スレーブ ' ラッチ部 30の入出力ノード n 3) と 接地点との間に接続された MO S F E T Q p 1 3と、 伝送 MO S F E T Q p 12の出力側ノード (スレーブ · ラッチ部 30の入出力ノード n4) と電源電圧 Vd dとの間に接続された MO S F E T Qp l 4とにより構成されている。 そ して、 伝送 M〇 S FE T Q p 1 1 , Q 1 2のゲート端子にはラツチ回路 L T 2の一方の出力ノード n 2 ' の電位が、 また MO S FE T Q 1 3 , Q 14 のゲート端子にはラッチ回路 L T 2の他方の出力ノード n 1, の電位が、 それそ れ入力されている。
これによつて、 スレーブ ' ラツチ部 30の入出力ノード n 3からは、 入力信号 A, Bの論理積の逆相の信号 (NAND) が、 またスレーブ ' ラッチ部 30の入 出力ノード n4からは、 入力信号 A, Bの論理積をとつた信号 (AND) がそれ それ出力されることとなる。 In other words, it is connected between a pair of output nodes n 11 and n 12 of the latch circuit LT 1 of the master latch unit 10 and one of the input / output nodes n 3 and n 4 of the slave latch unit 30. Connected between the transmission MOS FET Qp ll and Q pl 2 and the output node (input / output node n 3 of the slave 'latch unit 30) of the transmission MO S FET Qp 11 and the ground point. MO SFETQ p13 and MO SFETQp14 connected between the output node of transmission MO SFETQ p12 (input / output node n4 of slave / latch unit 30) and power supply voltage Vdd. I have. The gate terminal of the transmission M〇S FE TQ p 11, Q 12 has the potential of one output node n 2 ′ of the latch circuit LT 2, and the gate of the MOS FE TQ 13, Q 14 The potential of the other output node n1, of the latch circuit LT2 is input to the terminal. As a result, a signal (NAND) having the opposite phase of the logical product of the input signals A and B is output from the input / output node n3 of the slave latch unit 30, and from the input / output node n4 of the slave latch unit 30. Then, a signal (AND) that is the logical product of the input signals A and B is output.
この実施例においても、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との 間に設けられた論理演算部 20が伝送 MO S FE Tにより構成されているため、 論理演算部 20における論理動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が達成さ れる。 Also in this embodiment, since the logical operation unit 20 provided between the master / latch unit 10 and the slave / latch unit 30 is constituted by the transmission MOS FET, the logical operation in the logical operation unit 20 is performed. There is no delay, and the circuit speeds up.
また、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレーブ . ラッチ部 30との間に設けられた伝 送 MO S FE Tからなる論理演算部 20には、 論理ゲート回路におけるような電 源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しないため、 低 消費電力化が達成される。 In addition, a logic operation unit 20 including a transmission MOS FET provided between the mass latch unit 10 and the slave latch unit 30 has a power supply voltage terminal as in a logic gate circuit and a ground potential. Since there is no path through which DC current flows, low power consumption is achieved.
図 7 (A), (B) には、 図 6の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用いて表 した等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 7 (A) のように論理演 算回路の前段にラッチ回路を配置したもの、 または図 7 (B) のように論理演算 回路の後段にラッチ回路を配置したものと等価である。 また、 従来の論理回路に おいて同様な論理機能を実現する場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理演 算回路の前段と後段にそれぞれマスタ · ラッチ回路とスレーブ ' ラツチ回路が設 けられる。 FIGS. 7A and 7B show equivalent circuits in which the functions of the circuit of FIG. 6 are represented using a conventional logic gate circuit. That is, in the circuit of this embodiment, a latch circuit is arranged in front of the logical operation circuit as shown in FIG. 7 (A), or a latch circuit is arranged after the logical operation circuit as shown in FIG. 7 (B). Is equivalent to When a similar logic function is to be implemented in a conventional logic circuit, the master / latch circuit and the slave latch circuit are placed before and after the logic operation circuit, respectively, as in Fig. 2 (C). Is set up.
図 7 (A), (B) と図 2 (C) とを参照すると明らかなように、 従来型回路で は論理演算回路部でのゲート遅延が無視できずかつ前後のラッチ回路での遅延 が加算されるのに対し、 本実施例のフリ ッブフ口ップ回路は論理演算回路部での 遅延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延は ラッチ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from FIGS. 7 (A), 7 (B) and 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored and the delay in the preceding and following latch circuits is not significant. On the other hand, the flip-flop circuit of the present embodiment theoretically has a delay (output delay or input delay) of “0” in the logic operation circuit section, so the delay of the entire circuit is one stage of latch. It can be seen that the speed is greatly increased because it is reduced in minutes.
図 8は、 マスタ · ラツチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間に全加算機能 を有する論理演算部 20が設けられたフリ ッブフ口ッブ回路の実施例を示す。 上記マスタ · ラッチ部 1 0内の被演算信号 A , Bがそれそれ入力されるラツチ
回路 L T 1, L Τ 2は図 1の実施例と同一の構成である。 キヤリ一信号 Cinが入 力されるラッチ回路 L T 3は、 ソース端子が電源電圧 V d dに接続されゲ一ト端 子にクロヅク信号/ C L Kが入力される nチャネル MO S FE T Qn2 1と、 該 MO S F E T Qn 2 1のドレイ ン端子にソース端子が接続されゲ一ト端子 がキヤリ一信号 Cin, / Cinが入力される入力端子に接続された一対の差動入力 MO S FET Q n 2 2 , Qn 2 3と、 電源電圧 V d dと接地電位 V s sとの間 にそれそれ直列に接続された M〇 S F E T Qp 2 1 , Qn24および Qp 22, Qn 2 5とから構成されている。 FIG. 8 shows an embodiment of a flip-flop circuit in which a logical operation unit 20 having a full addition function is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30. The latches to which the operated signals A and B in the master latch section 10 are inputted respectively. The circuits LT 1 and LΤ2 have the same configuration as the embodiment of FIG. The latch circuit LT3 to which the carry signal Cin is input includes an n-channel MOS FET Qn21 having a source terminal connected to the power supply voltage Vdd and a clock signal / CLK input to the gate terminal, and The source terminal is connected to the drain terminal of the MOS SFET Qn 21 and the gate terminal is connected to the input terminal to which the carry signal Cin, / Cin is input. Qn 23 and M〇SFETs Qp 21, Qn 24 and Qp 22, Qn 22 and Qn 25 connected in series between the power supply voltage V dd and the ground potential V ss, respectively.
そして、 上記 MO S FE T Qp 2 1 と Qn 24のゲ一ト端子および Q p 22 , Qn 25のゲート端子はそれぞれ共通接続されて、 この共通ゲート端子は互いに 他方の共通ドレイン端子と交差結合され、 これらの共通ドレイ ン端子は上記差動 入力 MO S FE T Q n 2 2 , Q n 2 3のドレイン端子に接続されているととも に、 出力ノード n 1 1, n 1 2にも接続されている。 The gate terminals of the MOSFETs Qp 21 and Qn 24 and the gate terminals of Qp 22 and Qn 25 are commonly connected, and the common gate terminal is cross-coupled with the other common drain terminal. These common drain terminals are connected to the drain terminals of the above differential inputs MOSFE TQn22 and Qn23, as well as to the output nodes n11 and n12. I have.
このように、 キャリー信号 Cinが入力されるラッチ回路 L T 3の構成が被演算 信号 A, Bが入力されるラッチ回路 L T 1 , L T 2と異なる構成とされているの は、 LT 1, LT 2と異なり論理演算部 2 0の伝送 MO S FE Tを制御する信号 を形成する必要がないためクロック C L Kで動作するディスチャージ M〇 S F ET (Q n 3 , Q n 4 ) が必要でなく、 V d d— V s s間に直列形態になる縦積 み MO S F E Tの数を減ら して 1つの MO S F E Tのソース一ドレイン間電圧 を十分に確保して動作させるためである。 ラッチ回路 L T 3の構成は実施例のも のに限定されるものでなく、 回路 LT 1 , L T 2と同一の構成 (ただし Qn 3 , Qn4は不用) とすることも可能である。 As described above, the configuration of the latch circuit LT3 to which the carry signal Cin is input is different from the configuration of the latch circuits LT1 and LT2 to which the operand signals A and B are input is as follows. Unlike the logic operation section 20, there is no need to form a signal for controlling the transmission MOS FET, so that the discharge M〇 SF ET (Q n 3, Q n 4) operated by the clock CLK is not required, and V dd — This is to reduce the number of vertical stacked MOSFETs in series between V ss and operate with sufficient source-drain voltage of one MOSFET. The configuration of the latch circuit LT3 is not limited to that of the embodiment, and it is possible to adopt the same configuration as the circuits LT1 and LT2 (however, Qn3 and Qn4 are unnecessary).
この実施例のスレーブ ' ラッチ部 3 0は、 2つのラッチ回路 S L T 1, S LT 2からなり、 各ラッチ回路 S LT 1, S LT 2はそれそれ電源電圧 Vd dと接地 電位 V s sとの間にそれぞれ直列に接続された MO S F E T Q p 27 , Q n 2 7および Qp 28,Qn 2 8から構成されている。そして、上記 M 0 S F E T Q p 27と Qn 27のゲ一ト端子および Q p 28 , Q η 28のゲ一ト端子はそれそ
れ共通接続されて、 この共通ゲート端子は互いに他方の共通ドレイン端子と交差 結合され、 これらの共通ドレイン端子は入出力ノード n 3, n4に接続されてい る。 The slave 'latch section 30 of this embodiment comprises two latch circuits SLT1 and SLT2. Each of the latch circuits SLT1 and SLT2 is connected between the power supply voltage Vdd and the ground potential Vss. The MOS SFETs Qp27 and Qn27 and Qp28 and Qn28 are connected in series. The gate terminals of the M0 SFETs Qp27 and Qn27 and the gate terminals of Qp28 and Qη28 The common gate terminals are cross-coupled to each other with the other common drain terminal, and these common drain terminals are connected to input / output nodes n3 and n4.
論理演算部 20は、 図 1における論理演算部 20と同様に構成された第 1演算 部 2 OAと、 上記マスタ · ラッチ部 1 0のラッチ回路 LT 1 , LT2と LT3の 出力信号を入力とし、 上記第 1演算部 20 Aの出力信号によって制御される第 2 演算部 20 Bとにより構成されている。 The logical operation unit 20 receives as input the first operation unit 2OA configured similarly to the logical operation unit 20 in FIG. 1 and the output signals of the latch circuits LT1, LT2, and LT3 of the master latch unit 10; The second arithmetic unit 20B is controlled by the output signal of the first arithmetic unit 20A.
第 2演算部 20 Bは、 マスタ ' ラッチ部 1 0の第 3のラッチ回路 LT 3の出力 ノード n i l , n l 2とスレーブ ' ラッチ部 30の一方のラッチ回路 S L T 1の 入出力ノード n 3との間に並列に接続された伝送 MOS FET Qp 1 1 , Qp 12と、 LT 3の出力ノード n i l , n l 2とスレーブ ' ラッチ部 30の一方の ラッチ回路 S L T 1の入出力ノード n4との間に並列に接続された伝送 MO S FE T Qp l 3, Qp l 4と、 LT 3の出力ノード n i lおよびマスタ · ラッ チ部 30のラッチ回路 L T 1の一方の出カノ一ド n 1と上記スレーブ · ラヅチ部 30の他方のラッチ回路 S L T 2の入出力ノード n 3 ' との間に並列に接続され た伝送 MOS FET Q 1 5 , Qp l 6と、 LT 3の出力ノード n l 2および マスタ · ラヅチ部 30のラツチ回路 L T 2の一方の出力ノード n 2 ' と上記スレ —ブ · ラッチ部 30の他方のラツチ回路 S L T 2の入出力ノード n 4 ' との間に 並列に接続された伝送 MO S F E T Q p 17 , Q p 1 8とにより構成されてい る。 The second operation unit 20B is connected between the output nodes nil and nl2 of the third latch circuit LT3 of the master 'latch unit 10 and the input / output node n3 of one of the latch circuits SLT1 of the slave' latch unit 30. The transmission MOS FETs Qp11 and Qp12 connected in parallel between the output nodes nil and nl2 of the LT3 and one of the latch circuits 30 of the slave 'latch unit 30 are connected in parallel between the input and output nodes n4 of the SLT1. , The output node nil of the LT 3 and the output node n1 of one of the latch circuits LT1 of the master latch section 30 and the slave latch described above. The transmission MOS FETs Q 15, Qp l 6 connected in parallel between the other latch circuit SLT 2 of input / output node n 3 ′, the output node nl 2 of LT 3 and the master latch 30 Input / output of one output node n 2 ′ of the latch circuit LT 2 and the other latch circuit SLT 2 of the slave latch unit 30 Over de n 4 'that is constituted by the transmission MO S F E T Q p 17, Q p 1 8 connected in parallel between.
そして、 伝送 MO S FE T Q p 1 1 , Q 1 4 , Q 1 6 , Qp l 8のゲ一 ト端子には第 1演算部 2 OAの一方の出力ノード n 5の電位が、 伝送 MO S F E T Qp l 2 , Qp l 3 , Qp l 5 , Qp l 7のゲート端子には第 1演算部 20 Aの他方の出力ノードの電位が、 それぞれ共通に印加されている。 伝送 MOSF ET Q n 5のゲート端子にはラッチ回路 L T 1の一方の出力ノー ド n 1の電 位が、 伝送 MO SFET Qn 6のゲート端子にはラッチ回路 L T 2の他方の出 カノ一ド n2の電位が、 それそれ入力されている。
これによつて、 スレーブ . ラツチ部 30の一方のラヅチ回路 S L T 1からは入 力信号 A, B, C inを加算した信号の下位側の信号 (SUM) とその逆相の信号 (/SUM) が、 またスレーブ . ラッチ部 30の他方のラッチ回路 S L T 2から は入力信号 A, B, Cin を加算した信号の上位側の信号 (Cout) とその逆相の 信号 (/Cout) が、 それそれ出力されることとなる。 The gate terminals of the transmission MOS FET Q p 11, Q 14, Q 16, and Qpl 8 are connected to the potential of one output node n 5 of the first arithmetic unit 2 OA by the transmission MO SFET Qp The potential of the other output node of the first arithmetic unit 20A is commonly applied to the gate terminals of l 2, Qp 13, Qp 15, and Qp 17. The gate terminal of one output node n1 of the latch circuit LT1 is connected to the gate terminal of the transmission MOSF ET Q n5, and the other output node n2 of the latch circuit LT2 is connected to the gate terminal of the transmission MOSFET Qn6. Is input each time. As a result, one of the latch circuits SLT 1 of the slave latch unit 30 outputs the lower signal (SUM) of the signal obtained by adding the input signals A, B, and Cin and the signal having the opposite phase (/ SUM). From the other latch circuit SLT 2 of the latch unit 30, a signal (Cout) on the upper side of the signal obtained by adding the input signals A, B, and Cin and a signal (/ Cout) having a phase opposite thereto are different from each other. Will be output.
なお、 この実施例では、 論理演算部 2 0の第 1演算部 2 OAの出カノ一ド n5, n 6にそれそれクロヅク信号 C LKによってオン、 オフされるプリチヤ一ジ MO SFE T Q p 1 9 , Q p 20が接続されており、 このプリチヤ一ジ M 0 S F E T Q 1 9 , Q p 2 0はマスタ · ラッチ部 1 0のラッチ回路 L T 1〜L T 3が 非動作状態にされるクロック信号 C LKのロウレベルの期間にオンされて、 第 2 演算部 2 0 Bを構成するすべての伝送 MO S F E T Q p l l〜Q p l 8のゲ —ト端子をハイ レベルに固定してすべてオフ状態にされる。 これによつて、 スレ —ブ · ラッチ部 30は信号保持状態とされる。 In this embodiment, the output nodes n5 and n6 of the first operation unit 2OA of the logical operation unit 20 are precharged MO SFE TQ p 19 turned on and off by the clock signal CLK, respectively. , Q p20 are connected, and the precharge M 0 SFET Q 19, Q p 20 is a clock signal C LK that causes the latch circuits LT 1 to LT 3 of the master latch unit 10 to be in an inactive state. , And the gate terminals of all the transmission MOS FETs Q pll to Q pl 8 constituting the second operation unit 20 B are fixed to the high level and all are turned off. As a result, the slave latch unit 30 is set in the signal holding state.
この実施例のフリヅプフ口ヅプ回路においても、 マス夕 ' ラツチ部 1 0とスレ —ブ ' ラッチ部 30との間に伝送 MO S FE Tからなる論理演算部 20が設けら れ、 伝送 M〇 S FETがマスタ · ラヅチ部 1 0とスレーブ ' ラッチ部 30への信 号の伝達と同時に論理動作を行なう。 これにより、 論理演算部 2 0における論理 動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が可能となる。 しかも、 伝送 MO SF ET Qp l l〜Qp l 8のゲ一ト端子が、 ク口ヅクのロウレベルの期間にプリ チャージされ、 クロックがハイ レベルに変化されてラッチ回路 L T 1, L T 2が 活性化されたときに、 入力信号 A, Bに応じて速やかに伝送 MO S FE T Qp 1 1〜Q p 1 8のゲ一 ト端子のレベルを与える信号線がディスチャージされて Qp 1 l〜Qp 1 8のオン、 オフ状態が決定されるため、 高速な動作が保証され る。 Also in the flip-flop circuit of this embodiment, a logic operation unit 20 composed of a transmission MOS FET is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30, and the transmission M The SFET performs logic operation at the same time as transmitting signals to the master latch unit 10 and the slave latch unit 30. As a result, the delay due to the logical operation in the logical operation unit 20 is eliminated, and the circuit can be speeded up. In addition, the gate terminals of the transmission MOSFETs Qpll to Qp18 are precharged during the low level period of the clock signal, the clock is changed to the high level, and the latch circuits LT1 and LT2 are activated. The signal line which gives the level of the gate terminal of MOSPET Qp11 to Qp18 is discharged immediately when the input signals A and B are input. High-speed operation is guaranteed because the ON and OFF states are determined.
これとともに、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレ一ブ ' ラッチ部 3 0との間に設け られた伝送 MO S FE Tからなる論理演算部 2 0には、 論理ゲ一ト回路における ような電源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しな
レ、。 その結果、 低消費電力化が達成される。 At the same time, the logic operation section 20 composed of the transmission MOS FET provided between the master latch section 10 and the slave latch section 30 has a power supply as in the logic gate circuit. There is no path for DC current to flow from the voltage terminal to the ground potential. Les ,. As a result, low power consumption is achieved.
図 9 (A), (B) には、 図 8の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用いて表 わした等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 9 (A) のように論理 演算回路 20の前段にラツチ回路 L T 1〜LT 3を配置したもの、 または図 9 (B) のように論理演算回路 20の後段にラッチ回路 S L T 1 , S LT 2を配置 したものと等価である。 また、 従来の論理回路において同様な論理機能を実現す る場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理演算回路の前段と後段にそれぞれ マスタ · ラッチ回路とスレーブ · ラツチ回路が設けられる。 FIGS. 9A and 9B show equivalent circuits in which the functions of the circuit of FIG. 8 are represented using a conventional logic gate circuit. That is, the circuit of this embodiment has a configuration in which the latch circuits LT1 to LT3 are arranged in front of the logical operation circuit 20 as shown in FIG. 9 (A) or the latter stage as shown in FIG. 9 (B). This is equivalent to the configuration in which latch circuits SLT 1 and SLT 2 are arranged. When a similar logic function is implemented in a conventional logic circuit, a master latch circuit and a slave latch circuit are provided at the front and rear stages of the logic operation circuit, respectively, as in the case of Fig. 2 (C). Can be
図 9 (A), (B) と図 2 (C) を参照すると明らかなように、 従来型回路では 論理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラツチ回路の遅延が加 算されるのに対し、 本実施例のフリップフ口ップ回路は論理演算回路部での遅延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延はラッ チ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from FIGS. 9 (A), 9 (B) and 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored and the delay of the preceding and following latch circuits is added. On the other hand, the flip-flop circuit according to the present embodiment theoretically has a delay (output delay or input delay) of “0” in the logical operation circuit section, so that the delay of the entire circuit is one stage of the latch. It can be seen that the speed is greatly increased because it is reduced in minutes.
図 10は、 マスタ ·ラッチ部 1 0とスレーブ · ラツチ部 30との間に半加算機 能を有する論理演算部 20が設けられたフリッブフロップ回路の実施例を示す。 この実施例のマス夕 ' ラヅチ部 10は入力信号 A, Bがそれそれ入力される 2 つのラッチ回路 L T 1と LT 2とからなる。 各ラツチ回路 L T 1 , L T 2は、 図 1の実施例と同一の構成である。 スレーブ 'ラッチ部 30も、 2つのラッチ回路 SLT 1と S LT 2とからなり、 各ラッチ回路 S LT 1, S LT 2は図 8の実施 例のスレーブ用ラッチ回路 S L T 1 , S L T 2と同様に、 それそれ電源電圧 V d dと接地電位 V s sとの間にそれぞれ直列に接続された MO S F E T Q p 2 7 , Qn27および Qp 28, Q n 28から構成されている。 そして、 上記 MO SFET Q p 27と Q n 27のゲート端子および Q p 28, Qn28のゲート 端子はそれそれ共通接続されて、 この共通ゲート端子は互いに他方の共通ドレイ ン端子と交差結合され、 これらの共通ドレイン端子は入出力ノード n 3, n4に 接続されている。 FIG. 10 shows an embodiment of a flip-flop circuit in which a logical operation unit 20 having a half addition function is provided between a master latch unit 10 and a slave latch unit 30. The main unit 10 of this embodiment comprises two latch circuits LT1 and LT2 to which the input signals A and B are inputted respectively. Each of the latch circuits LT 1 and LT 2 has the same configuration as the embodiment of FIG. The slave 'latch unit 30 also includes two latch circuits SLT1 and SLT2. Each of the latch circuits SLT1 and SLT2 is similar to the slave latch circuits SLT1 and SLT2 of the embodiment of FIG. Each of the MOSFETs is composed of MO SFETs Q p27, Qn27 and Qp28, Qn28 connected in series between the power supply voltage V dd and the ground potential V ss, respectively. The gate terminals of the MOSFETs Qp27 and Qn27 and the gate terminals of Qp28 and Qn28 are connected to each other, and this common gate terminal is cross-coupled to the other common drain terminal. Are connected to the input / output nodes n3 and n4.
論理演算部 20は、 マスタ ' ラツチ部 1 0の一方のラッチ回路 LT 1の出カノ
—ド n l, n 2とスレーブ ' ラツチ部 3 0の一方のラッチ回路 S L T 1の入出力 ノード n 3との間に並列に接続された伝送 MO S F E T Qn l l, Qn l 2と、 マスタ ' ラッチ部 30の他方のラッチ回路 LT 2の出力ノード n l ', n 2 ' と スレーブ · ラッチ部 30のラヅチ回路 S L T 1の入出力ノ一ド n 4との間に並列 に接続された伝送 MO S F E T Q n 1 3, Q n 1 4と、 L T 1の出カノ一ド n 1および電源電圧端子 V d dとスレーブ · ラッチ部 30の他方のラッチ回路 S L T 2の入出力ノード n 3, との間に並列に接続された伝送 M〇 S F E T Qn 1 5, Qn l 6と、 LT 2の出力ノード n l, および接地点とスレーブ ' ラッチ部 30のラッチ回路 S L T 2の他方の入出力ノード η4' との間に並列に接続され た伝送 MO S FE T Qn 1 7, Qn 1 8とにより構成されている。 The logical operation unit 20 is connected to the output of the latch circuit LT 1 of one of the master latch units 10. —Transmission MO SFETs Qn ll, Qn l 2 connected in parallel between the nodes nl, n 2 and one of the latch circuits 30 of the slave 'latching unit 30', the input / output node n 3 of the SLT 1 and the master 'latch unit The transmission MO SFETQ n 1 connected in parallel between the output node nl ', n 2' of the other latch circuit LT 2 of LT 30 and the input / output node n 4 of the latch circuit SLT 1 of the slave latch section 30 3, Q n 14 connected in parallel between the output node n 1 of LT 1 and the power supply voltage terminal V dd and the input / output node n 3 of the other latch circuit SLT 2 of the slave latch unit 30 The transmission M〇 SFETs Qn 15 and Qn l 6 are connected in parallel between the output node nl of LT 2 and the ground point and the other input / output node η 4 ′ of the latch circuit SLT 2 of the slave 'latch unit 30. It consists of connected transmission MOSFETs Qn17 and Qn18.
そして、 伝送 M〇 S FE T Q n 1 1 , Q n 1 5のゲ一ト端子にはマスタ · ラ ツチ部 30の他方のラツチ回路 L T 2の出力ノード n l ' の電位が、 伝送 MO S F E T Q n 1 2 , Q n 1 6のゲ一ト端子にはラツチ回路 LT 2の出力ノード n 2, の電位が、 それそれ印加されている。 また、 伝送 MO S F E T Q n 1 3, Q n 1 7のゲ一ト端子にはマスタ ' ラッチ部 30の一方のラツチ回路 L T 1の出 カノ一ド n 1の電位が、 伝送 MO S F E T Qn l 4, Qn l 8のゲート端子に はラッチ回路 L T 1の出力ノード n 2の電位が、 それそれ印加されている。 The potential of the output node nl 'of the other latch circuit LT2 of the master latch unit 30 is applied to the gate terminals of the transmission M〇SFE TQn11 and Qn15. 2, the potential of the output node n 2 of the latch circuit LT 2 is applied to the gate terminal of Q n 16. In addition, the potential of the output node n1 of one latch circuit LT1 of the master latch unit 30 is applied to the gate terminals of the transmission MO SFETs Qn13 and Qn17, The potential of the output node n2 of the latch circuit LT1 is applied to the gate terminal of Qnl8.
これによつて、 スレーブ · ラッチ部 3 0の一方のラッチ回路 S LT 1からは入 力信号 A, Bの論理和をとつた信号 (A + B) とその逆相の信号 (/A + B) が、 またスレーブ . ラッチ部 30の他方のラッチ回路 S L T 2からは入力信号 A, B の論理積をとつた信号 (A · B) とその逆相の信号 (/A · B) が、 それそれ出 力されることとなる。 As a result, the signal (A + B) obtained by calculating the logical sum of the input signals A and B and the signal having the opposite phase (/ A + B) are output from one latch circuit SLT1 of the slave latch section 30. ), And the other latch circuit SLT 2 of the slave latch section 30 outputs a signal (A · B) obtained by ANDing the input signals A and B and a signal (/ A · B) having the opposite phase (/ A · B). It will be output.
さらに、 この実施例では、 クロヅク信号/ CLKがロウレベルの期間は、 ディ スチャージ用の nチャネル M〇 S F E T Qn 3, Q n 4 , Q n 3 Q n 4 ' がオンされることによって、 伝送 MO S F E T Q n 1 1〜Q n 1 8のゲート端 子がロウレベルにされ Q n 1 1〜Qn 1 8がオフ状態とされる。 その結果、 スレ —ブ ' ラッチ部 30が信号保持状態となる。
すなわち、 この実施例では、 マスタ · ラッチ部 1 0の出力ノード (論理演算部 20の入力ノード) に接続されたデイスチャージ用 MO S FE T Qn3〜Qn 4, が、 クロヅク信号/ C LKがハイ レベルの期間中マスタ · ラッチ部 10を活 性化させ、 口ウレベル期間中は伝送 M〇 S F E T Qn l l〜Qn l 8をオフさ せてスレーブ · ラッチ部 30を信号保持状態にさせるように作用する。 これによ り、 クロック信号によるマス夕 · ラツチ部 10の動作開始と同時に論理出力を得 かつ動作終了と同時にスレーブ . ラッチ部 30をラッチ状態へ移行させることが できるようになる。 これにより、 論理演算部 20における論理動作による遅延が なくなり、 回路の高速化が可能となる。 Further, in this embodiment, during the period when the clock signal / CLK is at the low level, the n-channel MQSFETs Qn3, Qn4, and Qn3Qn4 'for discharge are turned on, and the transmission MO SFETQ The gate terminals of n11 to Qn18 are set to low level, and Qn11 to Qn18 are turned off. As a result, the slave latch unit 30 enters the signal holding state. That is, in this embodiment, the MOS FETs Qn3 to Qn4 for discharge connected to the output node of the master / latch unit 10 (the input node of the logical operation unit 20) have the clock signal / CLK high. The master latch unit 10 is activated during the level period, and the transmission M〇SFET Qnll to Qnl 8 is turned off during the mouth level period, thereby acting to put the slave latch unit 30 into a signal holding state. . Thus, a logic output can be obtained at the same time as the operation of the master / latch unit 10 by the clock signal, and the slave latch unit 30 can be shifted to the latched state at the same time as the operation ends. As a result, the delay due to the logical operation in the logical operation unit 20 is eliminated, and the speed of the circuit can be increased.
これとともに、 マス夕 · ラッチ部 1 Qとスレーブ · ラッチ部 30との間に設け られた伝送 MO S F E Tからなる論理演算部 20には、 論理ゲート回路における ような電源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しな レ、。 その結果、 低消費電力化が達成される。 At the same time, the logic operation unit 20 composed of the transmission MOSFET provided between the mass latch unit 1Q and the slave latch unit 30 has a power supply voltage terminal, such as in a logic gate circuit, connected to the ground potential. There is no path for direct current to flow. As a result, low power consumption is achieved.
図 1 1 (A), (B) には、 図 1 0の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用い て表わした等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 1 1 (A) のよう に論理演算回路 20の前段にラッチ回路 L T 1 , LT 2を配置したもの、 または 図 1 1 (B) のように論理演算回路 20の後段にラツチ回路 S LT 1, S LT 2 を配置したものと等価である。 また、 従来の論理回路において同様な論理機能を 実現する場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理演算回路の前段と後段にそ れそれマスタ · ラッチ回路とスレーブ . ラツチ回路が設けられる。 FIGS. 11A and 11B show equivalent circuits in which the function of the circuit of FIG. 10 is represented using a conventional logic gate circuit. In other words, the circuit of this embodiment has a configuration in which the latch circuits LT 1 and LT 2 are arranged in front of the logical operation circuit 20 as shown in FIG. 11A, or the logical operation circuit 20 as shown in FIG. 11B. This is equivalent to the arrangement of latch circuits S LT 1 and S LT 2 at the subsequent stage. When a similar logic function is implemented in a conventional logic circuit, a master latch circuit and a slave latch circuit are provided at the front and rear stages of the logic operation circuit, respectively, as in the case of FIG. 2 (C). Provided.
図 1 1 (A), (B) と図 2 (C) を参照すると明らかなように、 従来型回路で は論理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラッチ回路の遅延が 加算されるのに対し、 本実施例のフリ ッブフロップ回路は論理演算回路部での遅 延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延はラ ツチ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from Figs. 11 (A), (B) and Fig. 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored and the delay in the preceding and following latch circuits is not sufficient. In the flip-flop circuit of the present embodiment, the delay (output delay or input delay) in the logic operation circuit section is theoretically “0”, so that the delay of the entire circuit is one stage of the latch. It can be seen that the speed is greatly increased because it is reduced in minutes.
図 12は、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間にマルチブ レクサ機能を有する論理演算部 20が設けられたフ リ ッブフ口 ップ回路の実施
例を示す。 FIG. 12 shows an implementation of a flip-up circuit in which a logical operation unit 20 having a multi-blinker function is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30. Here is an example.
この実施例の回路は、 マスタ · ラツチ部 1 0が 3個のラッチ回路 LT 1 , LT 2, LT 3を備え、 このうち L T 3に選択信号 S E が、 また LT 1, LT 2に 被選択入力信号 I N 1, I N 2が入力されるように構成されている。 そして、 論 理演算部 20はラッチ回路 L T 1, L T 2に入力されている信号 I N 1, I N 2 のうちいずれか一方を、 ラッチ回路 L T 3に入力された選択信号 S E Lの H/L (ハイまたはロウ) に応じて選択してスレーブ · ラッチ部 30に伝達して出力さ せるように構成されている。 In the circuit of this embodiment, the master latch section 10 includes three latch circuits LT 1, LT 2, and LT 3, of which the selection signal SE is supplied to LT 3 and the selected input is supplied to LT 1 and LT 2. The signals IN 1 and IN 2 are configured to be input. Then, the logical operation unit 20 outputs one of the signals IN 1 and IN 2 input to the latch circuits LT 1 and LT 2 to H / L (high) of the selection signal SEL input to the latch circuit LT 3. Or row), and transmits to the slave / latch unit 30 for output.
マス夕 · ラッチ部 1 0を構成する 3個のラッチ回路のうち L T 1と L T 2は、 図 6の実施例のマスタ · ラッチ部 1 0を構成するラッチ回路 L T 1と同一の構成 を有し、 L T 3は図 6の実施例のマス夕 · ラッチ部 1 0を構成するラッチ回路 L T 2と同一の構成を有する。 The latches LT 1 and LT 2 of the three latch circuits constituting the latch section 10 have the same configuration as the latch circuit LT 1 constituting the master latch section 10 of the embodiment of FIG. , LT3 has the same configuration as the latch circuit LT2 forming the mask / latch unit 10 of the embodiment of FIG.
この実施例の論理演算部 20は、 マスタ · ラッチ部 1 0のラッチ回路 L T 1の 出力ノード n 1, η 2と上記スレーブ · ラッチ部 30の一方の入出力ノード η 3, η4との間に接続された伝送 M〇 S F E T Q ρ 1 1, Q ρ 1 2と、 ラッチ回路 LT 2の一対の出力ノード η 1,, η 2 ' と上記スレーブ ' ラッチ部 30の入出 力ノード η3, η 4との間に接続された伝送 MO S F E T Q p 1 3 , Q 14 とにより構成されている。 The logical operation unit 20 of this embodiment is connected between the output nodes n 1 and η 2 of the latch circuit LT 1 of the master latch unit 10 and one of the input / output nodes η 3 and η 4 of the slave latch unit 30. The connected transmission M〇 SFET Q ρ 11, Q ρ 12, the pair of output nodes η 1, η 2 ′ of the latch circuit LT 2 and the input / output nodes η 3, η 4 of the slave ′ It is composed of transmission MO SFETs Q p 13 and Q 14 connected between them.
そして、 伝送 MO S F E T Q p 1 1, Q 1 2のゲート端子にはラッチ回路 L T 3の出力ノード n 1 2の電位が、 また MO S FET Qp l 3, Qp l 4の ゲート端子にはラッチ回路 LT 3の他方の出力ノード n 1 1の電位が、 それそれ 入力されている。 The potential of the output node n 12 of the latch circuit LT 3 is applied to the gate terminals of the transmission MOS MOSFETs Q p 11 and Q 12, and the latch circuit LT is applied to the gate terminals of the MOSFETs Qp 13 and Qp 14. The potential of the other output node n 11 of 3 is being input.
これによつて、 スレーブ · ラッチ部 3 0の入出力ノード n 3からは、 ラッチ回 路 L T 3に入力された選択信号 S E Lの H/L (ハイまたはロウ) に応じて選択 された入力信号 I N 1または I N 2のいずれかに対応した信号が、 またスレ一 ブ ' ラッチ部 30の入出力ノード n 4からは、 ラッチ回路 LT 3に入力された選 択信号 S E Lの H/Lに応じて選択された入力信号 I N 1または I N 2のいず
れかに対応した信号がそれそれ出力されることとなる。 As a result, the input signal IN selected according to the H / L (high or low) of the selection signal SEL input to the latch circuit LT3 from the input / output node n3 of the slave latch unit 30. The signal corresponding to either 1 or IN 2 is selected from the input / output node n 4 of the slave latch 30 according to the selection signal SEL H / L input to the latch circuit LT 3 Input signal IN 1 or IN 2 A signal corresponding to each of them will be output.
なお、 図 1 2には一例として、 1ビヅ トの選択信号 S E Lによって 2つの入力 信号 I N 1, I N 2のいずれか一方を選択して出力させるように構成された回路 について説明したが、 同様の思想に従ってマス夕 · ラッチ部 1 0に 2の m乗 (m は正の整数) 個のラッチ回路を設け、 mビッ トの選択信号によって m個の入力信 号のうちいずれか 1つを選択して出力させるように構成することも可能である。 この実施例においても、 マスタ ♦ ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との 間に設けられた論理演算部 20が伝送 MO S F E Tにより構成されているため、 論理演算部 20における論理動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が達成さ れる。 FIG. 12 illustrates, as an example, a circuit configured to select and output one of two input signals IN 1 and IN 2 using a one-bit selection signal SEL. In accordance with the concept, the latch section 10 is provided with 2 m (m is a positive integer) number of latch circuits in the latch section 10, and selects one of the m input signals according to the m bit selection signal. It is also possible to configure so as to output the data. Also in this embodiment, since the logical operation unit 20 provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30 is constituted by a transmission MOSFET, the delay due to the logical operation in the logical operation unit 20 is reduced. And the circuit speeds up.
また、 マスタ · ラッチ部 10とスレーブ · ラッチ部 30との間に設けられた伝 送 MO S FE Tからなる論理演算部 20には、 論理ゲ一ト回路におけるような電 源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しないため、 低 消費電力化が達成される。 Further, a logic operation unit 20 including a transmission MOS FET provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30 has a power supply voltage terminal as in a logic gate circuit and a ground potential. Since there is no path through which DC current flows, low power consumption is achieved.
図 13 (A), (B) には、 図 1 2の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用い て表わした等価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 13 (A) のよう に論理演算回路 20の前段にラッチ回路 L T 1, L T 2 , LT 3を配置したもの、 または図 13 (B) のように論理演算回路 20の後段にスレーブ ' ラッチ 30を 配置したものと等価である。 また、 従来の論理回路において同様な論理機能を実 現する場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理演算回路の前段と後段にそれ それマス夕 · ラツチ回路とスレーブ · ラツチ回路が設けられる。 Figures 13 (A) and (B) show equivalent circuits that represent the functions of the circuit in Figure 12 using a conventional logic gate circuit. That is, the circuit of this embodiment has a configuration in which latch circuits LT1, LT2, and LT3 are arranged in front of the logical operation circuit 20 as shown in FIG. 13A, or a logical operation circuit as shown in FIG. This is equivalent to the arrangement in which the slave's latch 30 is arranged after 20. When a similar logic function is implemented in a conventional logic circuit, a master-latch circuit and a slave-latch circuit are placed before and after the logical operation circuit, as in the case of Fig. 2 (C). Is provided.
図 13 (A), (B) と図 2 (C) を参照すると明らかなように、 従来型回路で は論理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラツチ回路の遅延が 加算されるのに対し、 本実施例のフリ ップフ口ッブ回路は論理演算回路部での遅 延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延はラ ツチ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from FIGS. 13 (A), (B) and FIG. 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logic operation circuit cannot be ignored and the delays of the preceding and following latch circuits are not significant. On the other hand, in the flip-flop circuit of this embodiment, the delay (output delay or input delay) in the logic operation circuit section is theoretically “0”, so that the delay of the entire circuit is latched. Since it is reduced to one stage, it can be seen that the speed is greatly increased.
さらに、 図 1 2の実施例回路は、 以下に述べるように、 選択信号 SE Lの入力
遅延に対する回路の耐性も従来タイプの回路に比べて改善される。 図 14には図 1 2の実施例回路のタイ ミングチャートが、 また図 1 5には図 1 6に示されてい る回路のタイ ミングチャートが示されている。 ここで、 図 1 6は図 1 2の実施例 回路と同等の機能を有する論理ゲート回路を用いた従来タイプのマルチプレク サ回路を示すものであり、 その等価回路を示すと図 1 7のようになる。 なお、 図 14および図 1 5には、 選択信号 S E Lの入力遅延時間 D LY iがクロック CL Kの周期の 1 /2よりも長くなつた場合が示されている。 Furthermore, the circuit of the embodiment of FIG. The circuit's resistance to delay is also improved compared to conventional circuits. FIG. 14 shows a timing chart of the circuit of the embodiment shown in FIG. 12, and FIG. 15 shows a timing chart of the circuit shown in FIG. Here, FIG. 16 shows a conventional type multiplexer circuit using a logic gate circuit having the same function as the circuit of the embodiment of FIG. 12, and its equivalent circuit is shown in FIG. become. FIGS. 14 and 15 show a case where the input delay time D LY i of the selection signal SEL is longer than 周期 of the cycle of the clock CLK.
図 14では選択信号 S E Lのハイ/ロウに応じて入力信号 I N 1または I N 2が出力 OUTに現れており、 これより出力信号 OUTが正常に出力されている ことが分かる。 一方、 図 1 5では出力 OUTは選択信号 S E Lのハイ/ロウに応 じて決定されておらず、 回路が誤動作していることが分かる。 その原因は、 図 1 6の回路の NORゲート G 1, G 2の出力である信号 S E L L a t c h, /S E L L a t e hに、 ハザードによるノイズ (図 1 5においてハヅチングが付さ れている) が現れるためである。 In FIG. 14, the input signal IN1 or IN2 appears at the output OUT in accordance with the high / low of the selection signal SEL, which indicates that the output signal OUT is normally output. On the other hand, in FIG. 15, the output OUT is not determined according to the high / low of the selection signal SEL, and it can be seen that the circuit malfunctions. The reason for this is that noise due to hazards (hatched in Fig. 15) appears in the signals SELL atch, / SELL ateh, which are the outputs of NOR gates G 1 and G 2 in the circuit of Fig. 16. is there.
図 14と図 1 5とを比較すると分かるように、 図 1 2の実施例回路では選択信 号 S E Lの入力遅延時間 D L Y iは、 選択信号 S E Lのホ一ルド時間を thd、 セ ッ トアップ時間を tst、 クロック C L Kの周期を T cとすると、 選択信号 S E L の入力遅延時間 D L Y iは、 thd<D LY i < ( T c - t st) の範囲にあればよ いのに対し、 図 1 6の回路では、 選択信号 S E Lの入力遅延時間 D L Y iは、 t hdく D L Y iく T c/2を満たさなければ誤動作する。 これより、 図 1 2の実施 例回路は、 選択信号 S E Lの入力遅延に対する回路の耐性が図 1 6の従来夕イブ の回路に比べて改善されていることが分かる。 As can be seen from a comparison between FIG. 14 and FIG. 15, in the circuit of FIG. 12, the input delay time DLY i of the selection signal SEL is represented by the hold time of the selection signal SEL thd and the setup time by thd. Assuming that tst and the cycle of the clock CLK are Tc, the input delay time DLYi of the selection signal SEL should be in the range of thd <DLYi <(Tc-tst). If the input delay time DLY i of the selection signal SEL does not satisfy t hd, DLY i, and T c / 2, a malfunction occurs. From this, it can be seen that the circuit of the embodiment of FIG. 12 has improved resistance of the circuit to the input delay of the selection signal SEL compared to the circuit of the conventional circuit of FIG.
図 1 8は、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間にデ · マル チブレクサ機能を有する論理演算部 2 0が設けられたフ リ ップフロップ回路の 実施例を示す。 FIG. 18 shows an embodiment of a flip-flop circuit in which a logical operation unit 20 having a demultiplexer function is provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30.
この実施例の回路は、 マスタ · ラッチ部 1 0は 2個のラッチ回路 LT 1, LT 3を備え、 このうち L T 3に選択信号 S E Lが、 また L T 1に入力信号 I N 1が
入力されるように構成されているとともに、 スレーブ · ラッチ部 30は 2個のラ ツチ回路 S LT 1, S LT 2を備えている。 そして、 論理演算部 20はラツチ回 路 L T 1に入力されている信号 I N 1を、 ラッチ回路 L T 3に入力された選択信 号 SE Lの H/L (ハイまたはロウ) に応じて選択してスレーブ ' ラッチ部 30 のラッチ回路 S L T 1または S LT 2のうちいずれか一方に伝達して出力させ るように構成されている。 In the circuit of this embodiment, the master latch unit 10 includes two latch circuits LT1 and LT3, of which the selection signal SEL is supplied to LT3 and the input signal IN1 is supplied to LT1. The slave latch section 30 includes two latch circuits SLT1 and SLT2. Then, the logical operation unit 20 selects the signal IN1 input to the latch circuit LT1 according to the H / L (high or low) of the selection signal SEL input to the latch circuit LT3. The slave is configured to transmit the signal to one of the latch circuits SLT1 and SLT2 of the latch unit 30 and output the signal.
マス夕 · ラッチ部 10を構成する 2個のラッチ回路のうち LT 1は、 図 12の 実施例のマス夕 · ラッチ部 10を構成するラッチ回路 L T 1と同一の構成を有し、 LT 3は図 1 2の実施例のマス夕 · ラッチ部 1 0を構成するラツチ回路 L T 3と 同一の構成を有する。 LT 1 of the two latch circuits constituting the master / latch section 10 has the same configuration as the latch circuit LT 1 constituting the master / latch section 10 of the embodiment of FIG. It has the same configuration as the latch circuit LT3 forming the mask / latch unit 10 of the embodiment of FIG.
また、 この実施例の論理演算部 20は、 マスタ · ラッチ部 1 0のラッチ回路 L T 1の出力ノード n 1と上記スレーブ . ラッチ部 30のラッチ回路 S L T 1, S L T 2の一方の入出力ノード n 3, n 4 ' との間に接続された伝送 M 0 S F E T Qp 31 , Qp 38と、 ラッチ回路 L T 1の他方の出力ノード n2とスレーブ - ラッチ部 30のラッチ回路 S LT 1 , S LT 2の他方の入出力ノード n 4, n 3, との間に接続された伝送 MO S F E T Q p 32 , Qp 37と、 ラッチ回路 LT 1の一方の出カノ一ド n lとスレーブ ' ラツチ部 30のラツチ回路 S L T 1の入 出力ノード n 3との間に上記伝送 MO S F E T Q p 3 1と直列に接続された 伝送 MOSFE T Qp 35と、 ラッチ回路 L T 1の他方の出力ノード n 2とス レーブ · ラッチ部 30のラツチ回路 S L T 1の入出力ノ一ド n 4との間に上記伝 送 MOSFET Q p 32と直列に接続された伝送 MO S F E T Qp 36と、 ラツチ回路 L T 1の出力ノード n2とスレーブ · ラッチ部 30のラッチ回路 S L T 2の入出力ノード n 3 ' との間に上記伝送 MO S F E T Qp 37と直列に接 続された伝送 MOSFE T Qp 33と、 ラッチ回路 L T 1の出力ノード n 1と スレーブ ' ラッチ部 30のラッチ回路 S L T 2の入出力ノード n 4, との間に上 記伝送 MO S FE T Q p 38と直列に接続された伝送 MO S F E T Q p 3 4とにより構成されている。
そして、 伝送 M〇 S FE T Qp 3 1〜Qp 34のゲ一ト端子にはマスタ · ラ ツチ部 1 0内のラッチ回路 LT 3の出力ノード n l 2の電位が、 また MO S FE T Q p 3 5〜Q p 3 8のゲート端子には該ラッチ回路 L T 3の他方の出カノ ード n l 1の電位が、 それそれ入力されている。 The logical operation unit 20 of this embodiment includes an output node n 1 of the latch circuit LT 1 of the master latch unit 10 and one of the input / output nodes n of the latch circuits SLT 1 and SLT 2 of the slave latch unit 30. 3, n 4 ′ connected between the transmission M 0 SFETs Qp 31 and Qp 38, the other output node n 2 of the latch circuit LT 1 and the latch circuits S LT 1 and S LT 2 of the slave-latch unit 30 The transmission MO SFETs Q p32 and Qp 37 connected between the other input / output nodes n 4 and n 3, one output node nl of the latch circuit LT 1 and the latch circuit SLT of the slave latch unit 30 The transmission MOSFET Qp35 connected in series with the transmission MO SFETQ p31 between the input / output node n3 of the first node and the other output node n2 of the latch circuit LT1 and the slave latch section 30 Latch circuit A transmission MO SFET Qp36 connected in series with the transmission MOSFET Qp32 between the input / output node n4 of the SLT 1 and a latch circuit The transmission MOSFE T Qp 33 connected in series with the transmission MO SFET Qp 37 between the output node n2 of LT 1 and the latch circuit 30 of the slave latch unit 30 and the input / output node n 3 ′ of SLT 2, and the latch circuit The transmission MO SFEQ p 3 4 connected in series with the above-mentioned transmission MO S FE TQ p 38 between the output node n 1 of LT 1 and the input / output node n 4 of the slave ′ latch section 30 SLT 2 It is composed of The gate terminals of the transmission M〇S FET Qp 31 to Qp 34 store the potential of the output node nl 2 of the latch circuit LT 3 in the master latch 10, and the MOS FET TQ p 3 The potential of the other output node nl1 of the latch circuit LT3 is input to the gate terminals of 5 to Qp38.
これによつて、 ラッチ回路 L T 3に入力された選択信号 S E Lの H/L (ハイ またはロウ) に応じてスレーブ ' ラッチ部 30のラッチ回路 S LT 1または S L T 2のいずれか一方に、 入力信号 I N 1が伝達されそれに対応した信号が出力さ れることとなる。 As a result, according to the selection signal SEL H / L (high or low) input to the latch circuit LT3, the input signal is applied to one of the latch circuits SLT1 and SLT2 of the slave 'latch unit 30. IN 1 is transmitted, and the corresponding signal is output.
なお、 図 1 8には一例として、 1ビヅ 卜の選択信号 S E Lによってスレーブ · ラッチ部 3 0の 2つのラッチ回路 S L T 1 または S L T 2のいずれか一方を選 択して入力信号 I N 1を伝達して出力させるように構成された回路について説 明したが、 同様の思想に従ってスレーブ · ラツチ部 30に 2の m乗 (mは正の整 数) 個のラッチ回路を設け、 mビヅ トの選択信号によって m個のラツチ回路のう ちいずれか 1つを選択して入力信号を伝達し、 出力させるように構成することも 可能である。 FIG. 18 shows an example in which one of the two latch circuits SLT 1 and SLT 2 of the slave latch unit 30 is selected by a one-bit selection signal SEL, and the input signal IN 1 is transmitted. The circuit configured to output the data is described, but according to the same concept, the slave latch unit 30 is provided with 2 m (m is a positive integer) number of latch circuits, and the m-bit It is also possible to select one of the m latch circuits by a selection signal, transmit the input signal, and output it.
この実施例においても、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレーブ ' ラッチ部 30との 間に設けられた論理演算部 2 0が伝送 MO S F E Tにより構成されているため、 論理演算部 2 0における論理動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が達成さ れる。 Also in this embodiment, since the logical operation unit 20 provided between the master / latch unit 10 and the slave's latch unit 30 is constituted by a transmission MOS FET, the logical operation in the logical operation unit 20 is performed. As a result, the speed of the circuit is increased.
また、 マス夕 · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 3 0との間に設けられた伝 送 MO S F E Tからなる論理演算部 2 0には、 論理ゲ一ト回路におけるような電 源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しないため、 低 消費電力化が達成される。 In addition, a logic operation unit 20 composed of a transmission MOSFET provided between the master latch unit 10 and the slave latch unit 30 is connected to a power supply voltage terminal as in a logic gate circuit. Since there is no path through which DC current flows toward the ground potential, low power consumption is achieved.
図 1 9には、 図 1 8の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用いて表わした等 価回路を示す。 すなわち、 この実施例回路は、 図 1 9のように論理演算回路 2 0 の後段にラッチ回路 S L T 1 , S L T 2を配置したものと等価である。 また、 従 来の論理回路において同様な論理機能を実現する場合には、 図 2 (C) の場合と
同様に、 論理演算回路の前段と後段にそれぞれマス夕 · ラッチ回路とスレーブ - ラツチ回路が設けられる。 FIG. 19 shows an equivalent circuit in which the functions of the circuit of FIG. 18 are represented using a conventional logic gate circuit. That is, the circuit of this embodiment is equivalent to a circuit in which the latch circuits SLT 1 and SLT 2 are arranged after the logical operation circuit 20 as shown in FIG. In addition, when a similar logic function is realized in a conventional logic circuit, the case of FIG. Similarly, a master latch circuit and a slave latch circuit are provided before and after the logical operation circuit, respectively.
図 19と図 2 (C) を参照すると明らかなように、 従来型回路では論理演算回 路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラツチ回路の遅延が加算されるの に対し、 本実施例のフ リ ップフロップ回路は論理演算回路部での入力遅延が理論 上 「0」 となるため、 回路全体の遅延はラッチ 1段分に減少されるので、 大幅に 高速化されることが分かる。 As is clear from FIGS. 19 and 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored and the delays of the preceding and following latch circuits are added. In the flip-flop circuit of the present embodiment, the input delay in the logical operation circuit section is theoretically “0”, so that the delay of the entire circuit is reduced to one stage of the latch, so that the speed can be greatly increased. I understand.
図 20は、 マスタ · ラッチ部 1 0とスレーブ · ラッチ部 30との間に、 従来の 技術では NO Rや N ANDなどの論理ゲート回路を複数個縦続接続しなければ 構成できないような複合論理機能を有する論理演算部 2 0が設けられたフリ ッ ブフロッブ回路の他の実施例を示す。 Figure 20 shows a composite logic function that cannot be configured without cascading multiple logic gate circuits, such as NOR and NAND, between the master / latch unit 10 and the slave / latch unit 30 with the conventional technology. Another embodiment of a flip-flop circuit provided with a logical operation unit 20 having the following is shown.
この実施例の回路は、 マスタ · ラツチ部 1 0は 4個のラッチ回路 L T 1, L T 2, L T 3 , L T 4を備え 4種類の信号 A, B , I N I , I N2が入力されるよ うに構成されているとともに、 スレーブ · ラッチ部 30は 1個のラッチ回路で構 成されている。 そして、 論理演算部 20はラッチ回路 LT 3, LT 4に入力され ている信号 I N 1, I N 2をスレーブ · ラッチ部 30へ伝達可能にする伝送 MO S F E T Q p 1 1〜Q p 14と、 これらの伝送 MO S F E T Qp l l〜Qp 14のゲート端子をプリチヤ一ジするための MO SFET Q p 4 1 , Q p 43 およびィコライズ用の MOS FET Qp43と、 ラッチ回路 L T 1に入力され た信号 Bまたは電源電圧 (Vd d, V s s ) を上記伝送 MO S F E T Q 1 1 〜Q p 14のゲート端子に伝達可能にする伝送 MO S FE T Qn l l〜Qn 14とを備え、 この伝送 MO S F E T Qn l l〜Qn l 4のゲ一ト端子をラヅ チ回路 L T 2への入力信号 Aによって制御するように構成されている。 In the circuit of this embodiment, the master latch unit 10 includes four latch circuits LT1, LT2, LT3, and LT4 so that four types of signals A, B, INI, and IN2 are input. The slave / latch unit 30 is composed of one latch circuit. Then, the logical operation unit 20 transmits transmissions MO SFETQ p11 to Qp14 that enable the signals IN1 and IN2 input to the latch circuits LT3 and LT4 to be transmitted to the slave latch unit 30; Transmission MO SFETs Qp41 and Qp43 for precharging the gate terminals of MO SFETs Qpll to Qp14, MOS FET Qp43 for equalization, and signal B or power supply voltage input to latch circuit LT1 (Vdd, Vss) can be transmitted to the gate terminals of the transmission MOSFETs Q11 to Qp14. The transmission MOSFETs Qnll to Qn14 are provided. The gate terminal is controlled by an input signal A to the latch circuit LT2.
なお、 図 20のマスタ · ラッチ部 1 0を構成する 4個のラツチ回路のうち L T 3と LT4は、 図 8の実施例のマスタ · ラッチ部 1 0を構成するラッチ回路 L T 3と同一の構成を有し、 図 20の LT 1は図 8の実施例のマス夕 · ラッチ部 10 を構成するラッチ回路 L T 1と導電型が逆の MO S F E Tで構成され、 図 20の
LT 2は図 8の実施例のマスタ 'ラッチ部 10を構成するラッチ回路 L T 2と同 一の構成を有する。 The LT 3 and LT 4 of the four latch circuits constituting the master latch unit 10 in FIG. 20 have the same configuration as the latch circuit LT 3 constituting the master latch unit 10 in the embodiment of FIG. LT 1 in FIG. 20 is constituted by a MOS SFET having a conductivity type opposite to that of the latch circuit LT 1 constituting the mask latch 10 of the embodiment of FIG. LT 2 has the same configuration as the latch circuit LT 2 constituting the master's latch section 10 of the embodiment of FIG.
これによつて、 図 20のフリ ップフロヅプ回路は、 入力信号 A, B, I N 1, I N 2とクロック C LKの変化に対して次の真理値表 (表 1) に示すような出力 状態をとるように動作する。 表 1において、 〇UT = OUT0 は、 出力がクロッ ク C LKの立ち上がりェヅジで取り込まれた値であることを表わしている。 As a result, the flip-flop circuit of FIG. 20 takes an output state as shown in the following truth table (Table 1) with respect to changes in the input signals A, B, IN1, IN2 and the clock CLK. Works like that. In Table 1, “UT = OUT0” indicates that the output is a value captured at the rising edge of the clock CLK.
表 1 table 1
この実施例においても、 マス夕 ·ラヅチ部 10とスレーブ 'ラッチ部 30との 間に設けられた論理演算部 20が伝送 MO S FE Tにより構成されているため、 論理演算部 20における論理動作による遅延がなくなり、 回路の高速化が達成さ れる。 図 22に図 20の回路の動作夕イミングを示す。 図 22のタイミングチヤ —トより図 20のフ リ ップフ口ップ回路は出力遅延が極めて小さいことが容易 に分かる。 Also in this embodiment, since the logical operation unit 20 provided between the master / latch unit 10 and the slave's latch unit 30 is configured by the transmission MOS FET, the logical operation by the logical operation unit 20 There is no delay, and the circuit speeds up. FIG. 22 shows the operation timing of the circuit of FIG. From the timing chart of FIG. 22, it can easily be seen that the output delay of the flip-flop circuit of FIG. 20 is extremely small.
また、 マス夕 ·ラヅチ部 10とスレーブ ·ラッチ部 30との間に設けられた伝 送 MO S FE Tからなる論理演算部 20には、 論理ゲート回路におけるような電 源電圧端子から接地電位に向かって直流電流が流れるパスが存在しないため、 低 消費電力化が達成される。 In addition, a logical operation unit 20 composed of a transmission MOS FET provided between the master / latch unit 10 and the slave / latch unit 30 has a power supply voltage terminal as in a logic gate circuit and a ground potential. Since there is no path through which direct current flows, low power consumption is achieved.
図 21 (A), (B) には、 図 20の回路の機能を従来の論理ゲート回路を用い
て表わした等価回路を示す。 すな力ち、 この実施例回路は、 図 2 1 (A) のよう に論理演算回路 20の前段にラッチ回路 L T 1, L T 2 , LT 3 , LT4を配置 したもの、 または図 2 1 (B) のように論理演算回路 20の後段にスレーブ -ラ ツチ 30を配置したものと等価である。 また、 従来の論理回路において同様な論 理機能を実現する場合には、 図 2 (C) の場合と同様に、 論理演算回路の前段と 後段にそれそれマス夕 · ラッチ回路とスレーブ . ラヅチ回路が設けられる。 Figures 21 (A) and (B) show the functions of the circuit in Figure 20 using a conventional logic gate circuit. The equivalent circuit is shown below. That is, the circuit of this embodiment has a configuration in which latch circuits LT1, LT2, LT3, and LT4 are arranged in front of the logical operation circuit 20 as shown in FIG. This is equivalent to the case where the slave-latch 30 is arranged at the subsequent stage of the logical operation circuit 20 as shown in FIG. When a similar logic function is implemented in a conventional logic circuit, a master latch circuit and a slave latch circuit are provided before and after the logic operation circuit, respectively, as in the case of FIG. 2 (C). Is provided.
図 2 1 (A), (B) と図 2 (C) を参照すると明らかなように、 従来型回路で は論理演算回路部でのゲ一ト遅延が無視できずかつ前後のラッチ回路の遅延が 加算されるのに対し、 本実施例のフリッブフロッブ回路は論理演算回路部での遅 延 (出力遅延または入力遅延) が理論上 「0」 となるため、 回路全体の遅延はラ ツチ 1段分に減少されるので、 大幅に高速化されることが分かる。 As is clear from Figs. 21 (A), (B) and Fig. 2 (C), in the conventional circuit, the gate delay in the logical operation circuit cannot be ignored and the delay of the latch circuit before and after In the flip-flop circuit of the present embodiment, the delay (output delay or input delay) in the logic operation circuit portion is theoretically “0”, so that the delay of the entire circuit is one stage of the latch. It can be seen that the speed is greatly increased.
次に、 前実施例の論理機能付きフリップフロップ回路の応用例について説明す る。 Next, an application example of the flip-flop circuit with a logic function of the previous embodiment will be described.
図 23は、 Figure 23 shows
w w w w
H(zl, z2) = 1/(1-∑ ∑c(nl, η2) ΧζΓ(-ηΙ) Χζ2 (- η2)) H (zl, z2) = 1 / (1-∑ ∑c (nl, η2) ΧζΓ (-ηΙ) Χζ2 (-η2))
η1=0 η2=0 η1 = 0 η2 = 0
w=l, c(nl, η2) =0.5 for any nl, n2とすると、 If w = l, c (nl, η2) = 0.5 for any nl, n2,
y(nl, n2) = x(nl, n2) +0· 5 X {y (nl - 1, n2) +y(nl, n2 - 1)} y (nl, n2) = x (nl, n2) + 0.5X {y (nl-1, n2) + y (nl, n2-1)}
+ 0.5Xy(nl-l, n2- 1) + 0.5Xy (nl-l, n2-1)
これのコードセグメントは、 The code segment for this is
for k=0 ,Μ-1 for k = 0, Μ-1
for j=0, ,Μ-1 for j = 0,, Μ-1
A : yl ( j, k) = y(j, k-l)+y(j-l, k-1) A: yl (j, k) = y (j, k-l) + y (j-l, k-1)
B : y2(j, k) = yl(j, k)+y(j-l, k) B: y2 (j, k) = yl (j, k) + y (j-l, k)
C : y3(j, k) = 0.5y2(j, k) C: y3 (j, k) = 0.5y2 (j, k)
D : y(j, k) = y3(j, k)+x(j, k) なる演算式に従って、 画像デ一夕に演算処理を行なってフィル夕リングされた画 像データを得る公知の 1 6 x 1 6ビクセル二値画像用フィルタ回路の構成を示す < なお、 図 23では上記演算式の Mを 1 6としており、 図 23において、 REG 1 〜REG 10はそれそれ 1 6ビットのデ一夕を保持可能なレジス夕、 F I FO 1 〜: F I FO 3はそれぞれ複数のレジスタからなるファーストイン ' ファーストア
ゥト方式のレジスタ群、 MUX 1, MUX 2はマルチプレクサ、 DEMUX 1 , D EMUX 2はデ .マルチプレクサ、 H— ADD 1, H— ADD 2は半加算器、 F— ADDは全加算器、 S FTは左 1 ビットシフタである。 D: A well-known method of performing image processing over time to obtain filtered image data in accordance with an arithmetic expression of y (j, k) = y3 (j, k) + x (j, k). FIG. 23 shows the configuration of the filter circuit for 6 × 16 pixel binary image <In FIG. 23, M in the above arithmetic expression is set to 16, and in FIG. 23, REG 1 to REG 10 are each 16-bit data. Regis evening that can hold evenings, FI FO 1 ~: FI FO 3 is a first-in-first-out MUX 1 and MUX 2 are multiplexers, DEMUX 1 and D EMUX 2 are demultiplexers, H-ADD1, H-ADD2 are half adders, F-ADD is full adders, and SFT. Is the left 1-bit shifter.
図 24は、 図 23に示されているフィルタ回路を、 前記実施例の論理機能付き フリップフロップ回路を用いて構成した場合の実施例を示す。 図 24において、 符号 F A Fが付された破線で囲まれた回路部分は図 8に示されている全加算機 能付きフリッブフロヅプ回路で構成されることを、 また符号 F A— FFが付され た破線で囲まれた回路部分は図 8に示されている全加算機能付きフリッブフ口 ップ回路で構成されることを、 符号 HA— F Fが付された破線で囲まれた回路部 分は図 1 0に示されている半加算機能付きフリッブフ口ップ回路で構成される ことを、 符号 MUX— FF 1, MUX- F F 2が付された破線で囲まれた回路部 分は図 1 2に示されているマルチプレクサ機能付きフリヅプフロヅブ回路で構 成されることを、 符号 DE MUX— F Fが付された破線で囲まれた回路部分は図 18に示されているデ ·マルチプレクサ機能付きフリップフロッブ回路で構成さ れることを、 意味している。 FIG. 24 shows an embodiment in which the filter circuit shown in FIG. 23 is configured using the flip-flop circuit with a logic function of the above embodiment. In FIG. 24, the circuit portion surrounded by the broken line with the reference sign FAF is configured by the flip-flop circuit with full addition function shown in FIG. 8, and the broken line with the reference sign FA-FF is used. The circuit part enclosed by the flip-flop circuit with full addition function shown in Fig. 8 is composed of the flip-flop circuit shown in Fig. 8. The circuit part enclosed by the broken line with HA-FF is shown in Fig. 10. The flip-flop circuit with the half-addition function shown is shown in FIG. 12, and the circuit parts enclosed by broken lines with the symbols MUX-FF1 and MUX-FF2 are shown in FIG. The circuit part enclosed by the broken line with the symbol DE MUX-FF is configured by the flip-flop circuit with the demultiplexer function shown in FIG. That means.
これらの回路部以外の回路は、 従来と同様な回路形式とされる。 ただし、 符号 MUX-F F 1が付された破線で囲まれた回路部分を、 図 1 2に示されているマ ルチプレクサ機能付きフリヅプフロヅブ回路で構成する代わりに、 一点鎖線で囲 まれた回路部分を図 1 8に示されているデ ·マルチプレクサ機能付きフリップフ ロップ回路で構成するようにすることも可能である。 The circuits other than these circuit units have the same circuit format as the conventional one. However, instead of configuring the circuit portion enclosed by the dashed line labeled MUX-FF1 with the flip-flop circuit with the multiplexer function shown in FIG. 12, the circuit portion enclosed by the one-dot chain line It is also possible to use a flip-flop circuit with a demultiplexer function shown in FIG.
上述したように、 図 23に示されているフィルタ回路を前記実施例の論理機能 付きフリ ップフロップ回路を用いて構成することにより、 各回路部分の高速化お よび低消費電力化が達成される。 本発明者の検証によると図 24のフィルタ回路 における前記実施例のフリッブフ口ッブ回路を使用した回路部分での遅延時間 は、 図 23の従来のフィル夕回路における半加算器 H— ADD 1, H— ADD 2 単体での遅延時間とほぼ同一程度に低減されるため、 回路全体としては動作周波 数 (実施例のクロック C L Kの周波数) を 2倍に高速化できることが分かった。
また、 図 2 4のフィル夕回路に ける消費電力は、 図 2 3のフィル夕回路におけ る消費電力に比べておよそ 2 0 %低減されると予想される。 As described above, by configuring the filter circuit shown in FIG. 23 using the flip-flop circuit with the logic function of the above-described embodiment, it is possible to achieve high speed and low power consumption of each circuit portion. According to the verification of the present inventor, the delay time in the circuit portion using the flip-flop circuit of the above embodiment in the filter circuit of FIG. 24 is the half adder H-ADD1, ADD 1 in the conventional filter circuit of FIG. Since the delay time of the H-ADD2 alone is reduced to about the same level, it was found that the operating frequency (the frequency of the clock CLK of the embodiment) can be doubled as a whole circuit. The power consumption of the filter circuit of Fig. 24 is expected to be reduced by about 20% compared to the power consumption of the filter circuit of Fig. 23.
さらに、 本発明に係る論理機能付きフリ ップフロップ回路は、 前記実施例に示 されているような種々の論理を有するフリ ッブフロップ回路を予め設計して、 そ れらを半導体集積回路を構成する回路セルの一つとしてセルライブラリと呼ば れるデータベースに登録しておいて、 論理集積回路の設計に際してそのセルライ ブラリから所望の機能のものを選択して使用することにより、 高速かつ低消費電 力の L S I (大規模半導体集積回路) を効率の良く設計することが可能となる。 図 2 5には、 上記のようなセルライブラリ化されたフリッブフロップ回路のデ —タを用いて L S Iを設計する際の手順が示されている。 設計者は所望の機能を 有する L S Iの機能レベルの設計を行なって H D L (ハードウェア 'ディスクリ ビューシヨン ' ラングイ ツジ) で記述し、 それを書込み可能な C D (光ディスク) あるいは M O (光磁気ディスク) などのファイル F L 1に保存する (ステップ S 1 )。 次に、 前記セルライブラリが格納された C Dや M Oなどのファイル F L 2 から、 ステップ S 1で設計した L S I に使用される種類のフリ ップフロヅプ回路 のデータを読み出して、 上記ファイル F L 1に保存されている H D L記述された 設計データとの論理合成を行なう (ステップ S 2 )。 その後、 論理合成されたデ 一夕を用いて論理ゲ一トレベルの接続関係を示すネッ ト リストを作成し (ステツ ブ S 3 )、 このネッ ト リス トに基づいてパターン設計を行なう (ステップ S 4 )。 なお、 上記ステップ S 2の論理合成やステップ S 3のネヅ ト リス ト作成、 ステ ヅプ S 4のパターン設計は、 それそれ専用のデザィンツールが提供されているの で、 それらのツールを用いてコンビユー夕上で効率よく実行することができる。 産業上の利用可能性 Further, the flip-flop circuit with a logic function according to the present invention is designed in advance by designing flip-flop circuits having various logics as shown in the above-described embodiment, and using them in a circuit cell constituting a semiconductor integrated circuit. One of these is to register it in a database called a cell library, and then select and use the desired function from the cell library when designing a logic integrated circuit. Large-scale semiconductor integrated circuits) can be designed efficiently. FIG. 25 shows a procedure for designing an LSI using the data of the flip-flop circuit that has been made into a cell library as described above. Designers design LSIs with the desired functions at the functional level, describe them in HDL (hardware 'disk review' language), and write them on CD (optical disk) or MO (magneto-optical disk). Save to a file FL 1 (step S 1). Next, data of a flip-flop circuit of the type used for the LSI designed in step S1 is read from a file FL2 such as a CD or MO in which the cell library is stored, and stored in the file FL1. Perform logic synthesis with the design data described in the HDL description (step S2). Thereafter, a netlist indicating the connection relationship at the logic gate level is created using the synthesized data (step S3), and a pattern is designed based on this netlist (step S4). ). The logic synthesis in step S2, the creation of the netlist in step S3, and the pattern design in step S4 are provided using dedicated design tools. It can be efficiently executed on the evening. Industrial applicability
以上の説明では本発明者によってなされた発明を、 主として二値画像用フィル 夕に適用した場合について説明したが、 この発明はそれに限定されるものでなく、 フリッブフロップ回路を内蔵した論理回路一般に広く利用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to a binary image filter has been described. However, the present invention is not limited to this, and is generally applied to logic circuits having a built-in flip-flop circuit. Can be widely used.