JP2001237675A - D−ff回路 - Google Patents

D−ff回路

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JP2001237675A
JP2001237675A JP2000048207A JP2000048207A JP2001237675A JP 2001237675 A JP2001237675 A JP 2001237675A JP 2000048207 A JP2000048207 A JP 2000048207A JP 2000048207 A JP2000048207 A JP 2000048207A JP 2001237675 A JP2001237675 A JP 2001237675A
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clock signal
clock
inverter
flop
circuit
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JP2000048207A
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Kazuo Nakaizumi
一雄 中泉
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Ando Electric Co Ltd
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Ando Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/037Bistable circuits
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    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/037Bistable circuits
    • H03K3/0372Bistable circuits of the master-slave type

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、クロック発生回路において
発生されたクロック信号に基づいて動作するD−FF回
路の動作速度を高速化することである。 【解決手段】 クロック発生回路2を2つのインバータ
とバッファとにより構成し、発生タイミングの異なる複
数のクロック信号(CLK、/CLK1、/CLK2、
CLK2)を発生させる。スレーブフリップフロップは
前記クロック発生回路において発生されたクロック信号
のうち、発生タイミングの早いクロック信号(CLK及
び/CLK1)に基づいて動作を開始し、前記マスタフ
リップフロップは前記クロック発生回路において発生さ
れたクロック信号のうち、発生タイミングの遅いクロッ
ク信号(/CLK2、CLK2)に基づいて動作を停止
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はD−FF回路に係
り、詳細には、クロック発生回路から発生されたクロッ
ク信号に基づいて動作するD−FF回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、CMOS(Complementary MO
S)で構成されるD−フリップフロップ(以下、D−F
Fと呼ぶ。)は、マスタ部分のフリップフロップ(以
下、マスタFFと呼ぶ。)と、スレーブ部分のフリップ
フロップ(以下、スレーブFFと呼ぶ。)と、クロック
発生回路とにより構成され、クロック発生回路はクロッ
ク信号を生成してマスタFF及びスレーブFFに対して
出力する。マスタFF及びスレーブFFは入力されたク
ロック信号に基づいて、それぞれ所定のタイミングで動
作を開始または停止する。
【0003】図4〜図5を参照して、従来のD−FF回
路100について説明する。図4は従来のCMOSで構
成されたD−FF回路を示す図であり、(A)はD−F
F回路100、(B)はD−FF回路100のクロック
発生回路200を示す図である。図5は従来のD−FF
回路100の動作タイミング図である。
【0004】図4(A)において、D−FF回路100
は、インバータ101・102、トランスファゲートG
11・G12、及びNANDゲート106により構成さ
れるマスタFFと、トランスファゲートG13・G1
4、NANDゲート107、及びインバータ103・1
04・105により構成されるスレーブFFとから構成
される。マスタFF及びスレーブFFはそれぞれクロッ
ク発生回路200から入力されるクロック信号に基づい
て動作を開始または停止する。
【0005】トランスファゲートG11・G12・G1
3・G14はそれぞれPチャネルトランジスタTr35
〜Tr38とNチャネルトランジスタTr31〜Tr3
4とからなり、各トランジスタTr31〜Tr38のゲ
ートにはクロック発生回路200から出力されるクロッ
ク信号が入力される。そして、各トランジスタTr31
〜Tr38に入力されるクロック信号に基づいて各トラ
ンスファゲートG11・G12・G13・G14がそれ
ぞれ“ON”または“OFF”され、入力信号DATA
を保持または伝送する。
【0006】図4(B)に示すように、クロック発生回
路200は2つのインバータ201・202により構成
され、インバータ201は入力クロック信号CLKを反
転して第1のクロック信号/CLK1として出力し、ま
たインバータ202はインバータ201から出力された
第1のクロック信号/CLK1を反転して、第2のクロ
ック信号CLK1として出力する。
【0007】トランスファゲートG11はPチャネルト
ランジスタTr35のゲートにクロック発生回路200
のインバータ202の出力(第2のクロック信号CLK
1)を接続し、かつ、NチャネルトランジスタTr31
のゲートにクロック発生回路200のインバータ201
の出力(第1のクロック信号/CLK1)を接続する。
従って、第2のクロック信号CLK1が“H”で、第1
のクロック信号/CLK1が“L”である場合に“OF
F”してマスタFFの動作を停止し、入力信号DATA
を保持する。
【0008】また、トランスファゲートG13はPチャ
ネルトランジスタTr37のゲートにクロック発生回路
200のインバータ201の出力(第1のクロック信号
/CLK1)を接続し、かつ、Nチャネルトランジスタ
Tr33のゲートにクロック発生回路200のインバー
タ202の出力(第2のクロック信号CLK1)を接続
する。従って、第2のクロック信号CLK1が“H”
で、第1のクロック信号/CLK1が“L”である場合
に“ON”し、スレーブFFの動作を開始する。
【0009】すなわち、従来のD−FF回路100で
は、同一の2信号(第1のクロック信号/CLK1と第
2のクロック信号CLK1)の位相を反転させて、それ
ぞれマスタFFの動作停止クロック、スレーブFFの動
作開始クロックとして使用する。
【0010】図5に示す動作タイミング図において、時
刻t40で“H”レベルの入力信号DATAが入力され
ると、インバータ101は入力信号DATAを反転して
出力する。そのため、接点N31は時刻t41で“H”
レベルから“L”レベルに遷移する。トランスファゲー
トG11はこの時点で“ON”しているのでインバータ
101から出力された入力信号DATAの反転信号を伝
達する。次いで、インバータ102はトランスファゲー
トG11から伝達された信号を反転し、出力する。その
ため、接点N33は時刻t43で“L”レベルから
“H”レベルに遷移する。
【0011】一方、クロック発生回路200では、時刻
t42で“H”レベルの入力クロック信号CLKが入力
されると、インバータ201は入力クロック信号CLK
を反転して“L”レベルの第1のクロック信号/CLK
1を出力する。すなわち、時刻t44において第1のク
ロック信号/CLK1は“H”レベルから“L”レベル
に遷移する。また、インバータ202は第1のクロック
信号/CLK1を反転して“H”レベルの第2のクロッ
ク信号CLK1を出力する。すなわち、時刻t45にお
いて第2のクロック信号CLK1が“L”レベルから
“H”レベルに遷移する。
【0012】時刻t45において第1のクロック信号/
CLK1及び第2のクロック信号CLK1によってトラ
ンスファゲートG11は“OFF”し、マスタFFは動
作を停止して入力信号DATAを保持する。同時にトラ
ンスファゲートG13を“ON”してスレ−ブFFの動
作を開始する。
【0013】スレーブFFの動作を開始すると、時刻t
46において“H”レベルの信号が接点N35を通過
し、時刻t49において、反転された“L”レベルの出
力信号/OUTが出力される。
【0014】上述のD−FF回路100において、入力
信号DATAの実効的な受付期間である内部セットアッ
プ時間は、データの入力時からマスタFFの動作停止時
の間のt40〜t45である。また、スレーブFFの実
効的な内部tpd(Time forPropagation Delay;伝播
遅延時間)はスレ−ブFFのパス時間とCLK1発生迄
のパス時間の和t45〜t49である。従って、従来の
D−FF回路100の動作速度はセットアップ時間とt
pdとの和であるt40〜t49の間となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
D−FF回路100はセットアップ時間を決定するマス
タFFの動作停止クロックと、tpdを決定するスレ−
ブFFの動作開始クロックとに、位相が反対の同一の2
つの信号を使用する。そのためセットアップ時間はマス
タFFのパス時間でほぼ規定され、tpdはスレ−ブF
Fのパス時間及びCLK1発生迄のパス時間によって規
定されてしまい、D−FF回路の動作速度が内部的なパ
ス時間の和で決定されていたため、高速化し難いという
問題があった。
【0016】本発明の課題は、クロック発生回路におい
て発生されたクロック信号に基づいて動作するD−FF
回路の動作速度を高速化することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、クロック発生回路(例え
ば、図1(B)に示すクロック発生回路2、図3に示す
クロック発生回路2')において発生されるクロック信
号に基づいてマスタフリップフロップとスレーブフリッ
プフロップとをそれぞれ所定タイミングで動作させるD
−FF回路(例えば、図1(A)に示すD−FF回路
1)であって、前記クロック発生回路は発生タイミング
の異なる複数のクロック信号(例えば、図1(B)に示
すCLK、/CLK1、/CLK2、CLK2)を発生
し、前記スレーブフリップフロップは前記クロック発生
回路において発生されたクロック信号のうち、発生タイ
ミングの早いクロック信号(CLK及び/CLK1)に
基づいて動作を開始(例えば、図1(A)に示すトラン
スファゲートG3)し、前記マスタフリップフロップは
前記クロック発生回路において発生されたクロック信号
のうち、発生タイミングの遅いクロック信号(/CLK
2及びCLK2)に基づいて動作を停止する(図1
(A)に示すトランスファゲートG1)ことを特徴とす
る。
【0018】請求項1記載の発明によれば、前記クロッ
ク発生回路は発生タイミングの異なる複数のクロック信
号を発生し、前記スレーブフリップフロップは前記クロ
ック発生回路において発生されたクロック信号のうち、
発生タイミングの早いクロック信号に基づいて動作を開
始し、前記マスタフリップフロップは前記クロック発生
回路において発生されたクロック信号のうち、発生タイ
ミングの遅いクロック信号に基づいて動作を停止する。
【0019】従って、マスタフリップフロップの動作停
止クロックを遅延させ、かつ、スレーブフリップフロッ
プの動作開始クロックを早めることにより、セットアッ
プ時間及びtpdを改善でき、D−FF回路の動作速度
を高速化できる。
【0020】請求項2記載の発明は、請求項1記載のD
−FF回路において、前記クロック発生回路は、入力ク
ロック信号(CLK)を反転し、第1のクロック信号
(/CLK1)として出力する第1のインバータ(例え
ば、図1(B)に示すインバータ21)と、前記第1の
インバータから出力された第1のクロック信号に所定の
遅延時間を与えて第2のクロック信号(/CLK2)と
して出力するバッファ(例えば、図1(B)に示すバッ
ファ22)と、前記バッファから出力された第2のクロ
ック信号を反転し、第3のクロック信号(CLK2)と
して出力する第2のインバータ(例えば、図1(B)に
示すインバータ23)と、を備え、前記スレーブフリッ
プフロップは、前記入力クロック信号(CLK)及び前
記第1のクロック信号(/CLK1)に基づいて動作を
開始し(例えば、図1(A)に示すトランスファゲート
G3)、前記マスタフリップフロップは、前記第2のク
ロック信号(/CLK2)及び前記第3のクロック信号
(CLK2)に基づいて動作を停止する(例えば、図1
(A)に示すトランスファゲートG1)ことを特徴とす
る。
【0021】請求項2記載の発明によれば、前記クロッ
ク発生回路は、第1のインバータによって入力クロック
信号を反転して第1のクロック信号として出力し、バッ
ファは第1のインバータから出力された第1のクロック
信号に所定の遅延時間を与えて第2のクロック信号とし
て出力し、第2のインバータはバッファから出力された
第2のクロック信号を反転して第3のクロック信号とし
て出力し、前記スレーブフリップフロップは、前記入力
クロック信号及び前記第1のクロック信号に基づいて動
作を開始し、前記マスタフリップフロップは、前記第2
のクロック信号及び前記第3のクロック信号に基づいて
動作を停止する。
【0022】従って、マスタフリップフロップの動作停
止クロックをバッファのパス時間だけ遅延させ、セット
アップ時間を改善できる。また、スレーブフリップフロ
ップの動作開始クロックをインバータのパス時間だけ早
めてtpdを改善できる。その結果、セットアップ時間
とtpdとの和である動作速度を高速化できる。
【0023】請求項3記載の発明は、請求項1記載のD
−FF回路において、前記クロック発生回路は、入力ク
ロック信号(CLK)を反転し、第1のクロック信号
(/CLK1)として出力する第1のインバータ(例え
ば、図3に示すインバータ31)と、前記第1のインバ
ータから出力された第1のクロック信号を反転し、第2
のクロック信号(CLK1)として出力する第2のイン
バータ(例えば、図3に示すインバータ32)と、前記
第2のインバータから出力された第2のクロック信号を
反転し、第3のクロック信号(/CLK2)として出力
する第3のインバータ(例えば、図3に示すインバータ
33)と、前記第3のインバータから出力された第3の
クロック信号を反転し、第4のクロック信号(CLK
2)として出力する第4のインバータ(例えば、図3に
示すインバータ34)と、を備え、前記スレーブフリッ
プフロップは前記第1のクロック信号(/CLK1)及
び前記第2のクロック信号(CLK1)に基づいて動作
を開始し、前記マスタフリップフロップは前記第3のク
ロック信号(/CLK2)及び前記第4のクロック信号
(CLK2)に基づいて動作を停止することを特徴とす
る。
【0024】請求項3記載の発明によれば、前記クロッ
ク発生回路は、第1のインバータによって入力クロック
信号を反転して第1のクロック信号として出力し、第2
のインバータは第1のインバータから出力された第1の
クロック信号を反転して第2のクロック信号として出力
し、第3のインバータは第2のインバータから出力され
た第2のクロック信号を反転して第3のクロック信号と
して出力し、第4のインバータは前記第3のインバータ
から出力された第3のクロック信号を反転して第4のク
ロック信号として出力する。そしてスレーブフリップフ
ロップは前記第1のクロック信号及び前記第2のクロッ
ク信号に基づいて動作を開始し、前記マスタフリップフ
ロップは前記第3のクロック信号及び前記第4のクロッ
ク信号に基づいて動作を停止する。
【0025】従って、クロック発生回路を4段のインバ
ータにより構成し、第3のクロック信号及び第4のクロ
ック信号をマスタフリップフロップの動作停止クロック
として使用し、第1のクロック信号及び第2のクロック
信号をスレーブフリップフロップの動作開始クロックと
して使用するので、スレーブフリップフロップの動作開
始クロックの発生タイミングよりもマスタフリップフロ
ップの動作停止クロックの発生タイミングを遅らせ、セ
ットアップ時間を改善できる。その結果、D−FF回路
の動作速度を高速化できる。
【0026】請求項4記載の発明は、請求項1記載のD
−FF回路において、前記クロック発生回路は、入力ク
ロック信号(CLK)を反転し、第1のクロック信号
(/CLK1)として出力する第1のインバータ(例え
ば、図3に示すインバータ31)と、前記第1のインバ
ータから出力された第1のクロック信号を反転し、第2
のクロック信号(CLK1)として出力する第2のイン
バータ(例えば、図3に示すインバータ32)と、を含
む少なくとも2つのインバータを備え、前記スレーブフ
リップフロップは前記入力クロック信号(CLK)及び
前記第1のクロック信号(/CLK1)に基づいて動作
を開始し、前記マスタフリップフロップは前記第1のク
ロック信号(/CLK1)及び前記第2のクロック信号
(CLK1)に基づいて動作を停止することを特徴とす
る。
【0027】請求項4記載の発明によれば、前記クロッ
ク発生回路は、第1のインバータによって入力クロック
信号を反転し、第1のクロック信号として出力し、第2
のインバータによって第1のインバータから出力された
第1のクロック信号を反転し、第2のクロック信号とし
て出力する。そしてスレーブフリップフロップは前記入
力クロック信号及び前記第1のクロック信号に基づいて
動作を開始し、前記マスタフリップフロップは前記第1
のクロック信号及び前記第2のクロック信号に基づいて
動作を停止する。
【0028】従って、クロック発生回路を少なくとも2
段のインバータにより構成し、入力クロック信号及び第
1のクロック信号をスレーブフリップフロップの動作開
始クロックとして使用し、第1のクロック信号及び第2
のクロック信号をマスタフリップフロップの動作停止ク
ロックとして使用するので、マスタフリップフロップの
動作停止クロックの発生タイミングよりもスレーブフリ
ップフロップの動作開始クロックの発生タイミングを早
め、tpdを改善できる。その結果、D−FF回路の動
作速度を高速化できる。
【0029】ここで、請求項5記載の発明のように請求
項1から4のいずれかに記載のD−FF回路において、
前記マスタフリップフロップ及び前記スレーブフリップ
フロップはCMOSで構成されることとしてもよい。
【0030】請求項5記載の発明によれば、CMOSで
構成されたD−FF回路の動作速度を高速化できる。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。 〔第1の実施の形態〕まず、構成を説明する。図1は第
1の実施の形態におけるCMOSで構成されたD−FF
回路1の回路構成を示す図であり、(A)はD−FF回
路1を示す図であり、(B)はD−FF回路1のクロッ
ク発生回路2を示す図である。図2はD−FF回路1の
動作タイミング図である。
【0032】D−FF(Dフリップフロップ)回路1
は、図1(A)に示すように、インバータ101・10
2、トランスファゲートG1・G2、及びNANDゲー
ト106により構成されるマスタFFと、トランスファ
ゲートG3・G4、NANDゲート107、及びインバ
ータ103・104・105により構成されるスレーブ
FFと、図1(B)に示すクロック発生回路2とから構
成される。マスタFF及びスレーブFFはそれぞれクロ
ック発生回路2から入力されるクロック信号に基づいて
動作を開始または停止する。
【0033】クロック発生回路2は図1(B)に示すよ
うに、2つのインバータ21・23とこれら2つのイン
バータ21・23の間に接続されたバッファ22により
構成される。インバータ21は入力クロック信号CLK
を反転して第1のクロック信号/CLK1として出力す
る。バッファ22はインバータ21から出力された第1
のクロック信号/CLK1を所定のパス時間経過後に第
2のクロック信号/CLK2として出力する。インバー
タ23はバッファ22から出力された第2のクロック信
号/CLK2を反転して、第3のクロック信号CLK2
として出力する。
【0034】マスタFFにおいて、インバータ101は
入力信号DATAを反転して出力し、トランスファゲー
トG1に対して出力する。インバータ102はトランス
ファゲートG1が“ON”時に出力された信号を反転
し、NANDゲート106に対して出力する。
【0035】トランスファゲートG1・G2はそれぞれ
PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタとを
組み合わせて構成され、各トランジスタTr1・Tr2
・Tr5・Tr6のゲートにはクロック発生回路2から
出力されるクロック信号がそれぞれ所定タイミングに入
力され、入力されたクロック信号に基づく“ON”また
は“OFF”のスイッチング動作を行う。
【0036】トランスファゲートG1にはPチャネルト
ランジスタTr5のゲートにクロック発生回路2のイン
バータ23の出力(第3のクロック信号CLK2)が接
続され、かつ、NチャネルトランジスタTr1のゲート
にクロック発生回路2のバッファ22の出力(第2のク
ロック信号/CLK2)が接続される。また、トランス
ファゲートG2にはPチャネルトランジスタTr6のゲ
ートにクロック発生回路2のバッファ22の出力(第2
のクロック信号/CLK2)が接続され、かつ、Nチャ
ネルトランジスタTr2のゲートにクロック発生回路2
のインバータ23の出力(第3のクロック信号CLK
2)が接続される。
【0037】第3のクロック信号CLK2が“H”で、
第2のクロック信号/CLK2が“L”である場合にト
ランスファゲートG1が“OFF”するとともにトラン
スファゲートG2が“ON”し、マスタFFの動作を停
止して入力信号DATAを保持する。このときNAND
ゲート106のリセット端子RBに対してリセット信号
が入力されると、マスタFFをリセットする。また、第
3のクロック信号CLK2が“L”で、第2のクロック
信号/CLK2が“H”である場合はトランスファゲー
トG1が“ON”するとともにトランスファゲートG2
が“OFF”し、入力信号をスレーブFFに対して出力
する。
【0038】NANDゲート106はインバータ102
からの出力信号とリセット端子RBから入力されるリセ
ット信号との論理積を演算し、反転値をトランスファゲ
ートG2に対して出力する。
【0039】一方、スレーブFFにおいて、トランスフ
ァゲートG3・G4はそれぞれPチャネルトランジスタ
とNチャネルトランジスタとを組み合わせて構成され、
各トランジスタTr3・Tr4・Tr7・Tr8のゲー
トにはクロック発生回路2から出力されるクロック信号
がそれぞれ所定タイミングで入力され、入力されたクロ
ック信号に基づき“ON”または“OFF”のスイッチ
ング動作を行う。
【0040】トランスファゲートG3はPチャネルトラ
ンジスタTr7のゲートにクロック発生回路2のインバ
ータ21の出力(第1のクロック信号/CLK1)が接
続され、かつ、NチャネルトランジスタTr3のゲート
にクロック発生回路2の入力クロック信号CLKが接続
される。また、トランスファゲートG4はPチャネルト
ランジスタTr8のゲートにクロック発生回路2の入力
クロック信号CLKが接続され、かつ、Nチャネルトラ
ンジスタTr4のゲートにクロック発生回路2のインバ
ータ21の出力(第1のクロック信号/CLK1)が接
続される。
【0041】第1のクロック信号/CLK1が“H”
で、入力クロック信号CLKが“L”である場合にトラ
ンスファゲートG3が“OFF”するとともにトランス
ファゲートG4が“ON”する。また、第1のクロック
信号/CLK1が“L”で、入力クロック信号CLKが
“H”である場合にトランスファゲートG3が“ON”
するとともにトランスファゲートG4が“OFF”し、
スレーブFFの動作を開始する。
【0042】NANDゲート107はトランスファゲー
トG3からの出力信号とリセット端子RBから入力され
るリセット信号との論理積を演算し、反転値をインバー
タ103及びインバータ104へ出力する。インバータ
103はNANDゲート107から出力された信号を反
転し、出力信号OUTとして出力する。インバータ10
4はNANDゲート107から出力された信号を反転
し、インバータ105に対して出力する。インバータ1
05は、インバータ104から出力された信号を反転
し、出力信号/OUTとして出力する。
【0043】次に本実施の形態の動作を説明する。図2
の動作タイミング図において、時刻t20で入力信号D
ATAが“L”レベルから“H”レベルに遷移すると、
インバータ101は入力信号DATAを反転して“L”
レベルの信号を出力する。従って、時刻t22におい
て、接点N1は“H”レベルから“L”レベルに遷移す
る。
【0044】このとき、第3のクロック信号CLK2は
“L”であり、かつ第2のクロック信号/CLK2は
“H”であるのでトランスファゲートG1は“ON”で
ある。インバータ101は“L”レベルの信号を出力
し、トランスファゲートG1を介してインバータ102
に入力する。インバータ102は“L”レベルの信号を
反転して“H”レベルの信号を出力する。従って、時刻
t24において接点N3は“L”レベルから“H”レベ
ルに遷移する。
【0045】一方、クロック発生回路2では、時刻t2
1において入力クロック信号CLKを“L”レベルから
“H”レベルに遷移する。入力データを入力してから入
力クロック信号の立ち上がりまで時間を外部セットアッ
プ時間と呼ぶ。本第1の実施の形態では外部セットアッ
プ時間は時刻t20〜時刻t21までの間である。
【0046】入力クロック信号CLKはインバータ21
において反転され、時刻t23において“L”レベルの
第1のクロック信号/CLK1として出力される。従っ
て、入力クロック信号CLKが“H”で第1のクロック
信号/CLK1が“L”となるので、トランスファゲー
トG3が“ON”してスレーブFFの動作を開始する。
【0047】時刻t23においてスレーブFFが動作を
開始すると、時刻t24において接点N3を通過した信
号“H”レベルの信号はトランスファゲートG3を通過
し、時刻t25において接点N5は“L”レベルから
“H”レベルに遷移する。
【0048】一方、時刻t26において、第1のクロッ
ク信号/CLK1がクロック発生回路2のバッファ22
を通過し、“L”レベルの第2のクロック信号/CLK
2を出力する。
【0049】時刻t27において、クロック発生回路2
のインバータ23は第2のクロック信号/CLK2を反
転し、“H”レベルの第3のクロック信号CLK2を出
力する。すると、トランスファゲートG1が“OFF”
し、マスタFFの動作を停止し、入力信号DATAを保
持する。
【0050】時間t20〜t27はデータが入力されて
から、マスタFFが動作を停止するまでの間の実効的な
入力信号DATAの受付期間であり、内部セットアップ
時間と呼ぶ。マスタFFの動作停止クロックとしてバッ
ファ22通過後のクロック信号を利用するので、バッフ
ァ22のパス時間(t23〜t26)だけ実効的な入力
信号DATAの受付期間を拡張することができ、内部セ
ットアップ時間t20〜t27は従来の内部セットアッ
プ時間(図5の時間t40〜t45)のままで外部セッ
トアップ時間(t20〜t21)を短縮できる。
【0051】時刻t29においてスレーブFFのインバ
ータ104・105はNANDゲート107から出力さ
れた信号をそれぞれ反転し、出力信号/OUTを出力す
る。
【0052】以上説明したように、本発明のD−FF回
路1のクロック発生回路2を2つのインバータ21・2
3とこれらの2つのインバータ21・23の間に接続さ
れたバッファ22とにより構成し、入力クロック信号C
LKと第1のインバータ21の出力である第1のクロッ
ク信号/CLK1とをスレーブFFの動作開始クロック
とし、バッファ22の出力である第2のクロック信号/
CLK2とインバータ23の出力である第3のクロック
信号CLK2とをマスタFFの動作停止クロックとす
る。
【0053】つまり、従来のD−FF回路と比較する
と、マスタFFの動作停止クロック(t27)の入力タ
イミングはバッファ22のパス時間(t23〜t26)
だけ遅延し、スレーブFFの動作開始クロック(t2
3)の入力タイミングは1つのインバータのパス時間だ
け早い。
【0054】従って、図2に示すように、実効的な入力
信号DATAの受付期間を拡張し、内部セットアップ時
間(t20〜t27)はそのままでデータ入力から入力
クロック信号CLKの立ち上がりまでの時間である外部
セットアップ時間(t20〜t21)をバッファ22の
パス時間(t23〜t25)だけ改善できる。また、実
効的なtpdである内部tpd(t23〜t29)はそ
のままで入力クロック信号からデータ出力までの時間で
ある外部tpd(t21〜t29)を改善できる。
【0055】その結果、外部セットアップ時間と外部t
pdとの和である動作速度を短縮し、D−FF回路を高
速に動作させることができる。具体的には、マスタFF
の動作停止クロックを遅延させてセットアップ時間をバ
ッファ22のパス時間である約300psだけ改善で
き、スレ−ブFFの動作開始クロックを早めて外部tp
dをインバータのパス時間である約150psだけ改善
できる。D−FF回路の動作(セットアップ時間+tp
d)は合計450p程度短縮でき、約30パーセント高
速化できる。
【0056】なお、本実施の形態ではCMOSで構成さ
れたD−FF回路1に適用する例を説明したが、これに
限定されるものではなく、その他の構成によるD−FF
回路に適用可能であることは勿論である。
【0057】〔第2の実施の形態〕上述の第1の実施の
形態のD−FF回路1では、クロック発生回路2は2つ
のインバータ21・23間に1つのバッファ22を設け
る構成としたが、第2の実施の形態のクロック発生回路
2'はバッファ22を2段のインバータで構成し、計4
段のインバータで構成する。
【0058】図3は第2の実施の形態のD−FF回路に
おけるクロック発生回路2'を示す図である。なお、D
−FF回路の回路構成は図1(A)に示す回路構成と同
一であるので図示及び詳細な説明を省略する。
【0059】図3に示すように第2の実施の形態におい
て、クロック発生回路2'は4つのインバータ31・3
2・33・34で構成される。インバータ31は入力ク
ロック信号CLKを反転して第1のクロック信号/CL
K1として出力する。インバータ32は第1のクロック
信号/CLK1を反転して第2のクロック信号CLK1
として出力する。インバータ33は第2のクロック信号
CLK1を反転して第3のクロック信号/CLK2とし
て出力する。インバータ34は第3のクロック信号/C
LK2を反転して第4のクロック信号CLK2として出
力する。
【0060】そして、第2の実施の形態では第3のクロ
ック信号/CLK2及び第4のクロック信号CLK2を
マスタFFの動作停止クロックとして使用し、第1のク
ロック信号/CLK1及び第2のクロック信号CLK1
をスレーブFFの動作開始クロックとして使用する。つ
まり、スレーブFFの動作開始クロックには従来と同じ
クロック信号(/CLK1及びCLK1)を使用し、マ
スタFFの動作停止クロックは、スレーブFFの動作開
始クロックよりも遅く発生するクロック信号(/CLK
2及びCLK2)を使用する。
【0061】この場合は、従来のクロック発生回路と比
較して、マスタFFの動作停止クロックを遅延させるこ
とができるので、外部セットアップ時間を改善できる。
従って、D−FF回路の動作速度を高速化できる。
【0062】〔第3の実施の形態〕第3の実施の形態の
D−FF回路におけるクロック発生回路は、図3に示す
第2の実施の形態のクロック発生回路2'と同様に、4
つのインバータ31・32・33・34で構成される。
またD−FF回路の構成は図1(A)に示す回路構成と
同一であるので図示及び詳細な説明を省略する。
【0063】第3の実施の形態では、クロック発生回路
2'の入力クロック信号CLK及び第1のクロック信号
/CLK1をスレーブFFの動作開始クロックとして使
用し、第1のクロック信号/CLK1及び第2のクロッ
ク信号CLK1をマスタFFの動作停止クロックとして
使用する。つまり、マスタFFの動作停止クロックには
従来と同じクロック信号(/CLK1及びCLK1)を
使用し、スレーブFFの動作開始クロックは、マスタF
Fの動作開始クロックよりも早く発生するクロック信号
(CLK及び/CLK1)を使用する。
【0064】この場合は、従来のクロック発生回路と比
較してスレーブFFの動作開始クロックを早めることが
できるので、外部tpdを改善できる。従って、D−F
F回路の動作速度を高速化できる。
【0065】なお、第3の実施の形態のD−FF回路で
使用するクロック信号は1段目のインバータ31と2段
目のインバータ32とから出力する各クロック信号を使
用するので、クロック発生回路2'を4段のインバータ
で構成せず、従来のクロック発生回路200(図4参
照)のように2段のインバータ21・22で構成し、入
力クロック信号CLK及び第1のクロック信号/CLK
1をスレーブFFの動作開始クロックとして使用し、第
1のクロック信号/CLK1及び第2のクロック信号C
LK1をマスタFFの動作停止クロックとして使用する
ことで同様の効果を実現できる。
【0066】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、マスタフ
リップフロップの動作停止クロックを遅延させ、かつ、
スレーブフリップフロップの動作開始クロックを早める
ことにより、セットアップ時間及びtpdを改善でき、
D−FF回路の動作速度を高速化できる。
【0067】請求項2記載の発明によれば、マスタフリ
ップフロップの動作停止クロックをバッファのパス時間
だけ遅延させ、セットアップ時間を改善できる。また、
スレーブフリップフロップの動作開始クロックをインバ
ータのパス時間だけ早めてtpdを改善できる。その結
果、セットアップ時間とtpdとの和である動作速度を
高速化できる。
【0068】請求項3記載の発明によれば、クロック発
生回路を4段のインバータにより構成し、第3のクロッ
ク信号及び第4のクロック信号をマスタフリップフロッ
プの動作停止クロックとして使用し、第1のクロック信
号及び第2のクロック信号をスレーブフリップフロップ
の動作開始クロックとして使用するので、スレーブフリ
ップフロップの動作開始クロックの発生タイミングより
もマスタフリップフロップの動作停止クロックの発生タ
イミングを遅らせ、セットアップ時間を改善できる。そ
の結果、D−FF回路の動作速度を高速化できる。
【0069】請求項4記載の発明によれば、クロック発
生回路を少なくとも2段のインバータにより構成し、入
力クロック信号及び第1のクロック信号をスレーブフリ
ップフロップの動作開始クロックとして使用し、第1の
クロック信号及び第2のクロック信号をマスタフリップ
フロップの動作停止クロックとして使用するので、マス
タフリップフロップの動作停止クロックの発生タイミン
グよりもスレーブフリップフロップの動作開始クロック
の発生タイミングを早め、tpdを改善できる。その結
果、D−FF回路の動作速度を高速化できる。
【0070】請求項5記載の発明によれば、CMOSで
構成されたD−FF回路の動作速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態におけるD−FF回路1及び
クロック発生回路2を示す図。
【図2】第1の実施の形態におけるD−FF回路1の動
作タイミング図。
【図3】第2・第3の実施の形態におけるクロック発生
回路2'を示す図。
【図4】従来のD−FF回路100及びクロック発生回
路200を示す図。
【図5】従来のD−FF回路100の動作タイミング
図。
【符号の説明】
1 D−FF回路 G1〜G4 トランスファゲート Tr1〜Tr4、Tr31〜Tr34 Nチャネルトラ
ンジスタ Tr5〜Tr8、Tr35〜Tr38 Pチャネルトラ
ンジスタ 101〜105 インバータ 106、107 NANDゲート N1〜N7 接点 2 クロック発生回路(第1の実施の形態) 21、23 インバータ 22 バッファ CLK 入力クロック信号 /CLK1 第1のクロック信号 /CLK2 第2のクロック信号 CLK2 第3のクロック信号 DATA 入力信号 OUT、/OUT 出力信号 t20〜t29 時刻 2' クロック発生回路(第2・第3の実施の形態) 31〜34 インバータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロック発生回路において発生されるクロ
    ック信号に基づいてマスタフリップフロップとスレーブ
    フリップフロップとをそれぞれ所定タイミングで動作さ
    せるD−FF回路であって、 前記クロック発生回路は発生タイミングの異なる複数の
    クロック信号を発生し、 前記スレーブフリップフロップは前記クロック発生回路
    において発生されたクロック信号のうち、発生タイミン
    グの早いクロック信号に基づいて動作を開始し、 前記マスタフリップフロップは前記クロック発生回路に
    おいて発生されたクロック信号のうち、発生タイミング
    の遅いクロック信号に基づいて動作を停止することを特
    徴とするD−FF回路。
  2. 【請求項2】前記クロック発生回路は、 入力クロック信号を反転し、第1のクロック信号として
    出力する第1のインバータと、 前記第1のインバータから出力された第1のクロック信
    号に所定の遅延時間を与えて第2のクロック信号として
    出力するバッファと、 前記バッファから出力された第2のクロック信号を反転
    し、第3のクロック信号として出力する第2のインバー
    タと、を備え、 前記スレーブフリップフロップは、前記入力クロック信
    号及び前記第1のクロック信号に基づいて動作を開始
    し、前記マスタフリップフロップは、前記第2のクロッ
    ク信号及び前記第3のクロック信号に基づいて動作を停
    止することを特徴とする請求項1記載のD−FF回路。
  3. 【請求項3】前記クロック発生回路は、 入力クロック信号を反転し、第1のクロック信号として
    出力する第1のインバータと、 前記第1のインバータから出力された第1のクロック信
    号を反転し、第2のクロック信号として出力する第2の
    インバータと、 前記第2のインバータから出力された第2のクロック信
    号を反転し、第3のクロック信号として出力する第3の
    インバータと、 前記第3のインバータから出力された第3のクロック信
    号を反転し、第4のクロック信号として出力する第4の
    インバータと、を備え、 前記スレーブフリップフロップは前記第1のクロック信
    号及び前記第2のクロック信号に基づいて動作を開始
    し、前記マスタフリップフロップは前記第3のクロック
    信号及び前記第4のクロック信号に基づいて動作を停止
    することを特徴とする請求項1記載のD−FF回路。
  4. 【請求項4】前記クロック発生回路は、 入力クロック信号を反転し、第1のクロック信号として
    出力する第1のインバータと、 前記第1のインバータから出力された第1のクロック信
    号を反転し、第2のクロック信号として出力する第2の
    インバータと、を含む少なくとも2つのインバータを備
    え、 前記スレーブフリップフロップは前記入力クロック信号
    及び前記第1のクロック信号に基づいて動作を開始し、
    前記マスタフリップフロップは前記第1のクロック信号
    及び前記第2のクロック信号に基づいて動作を停止する
    ことを特徴とする請求項1記載のD−FF回路。
  5. 【請求項5】前記マスタフリップフロップ及び前記スレ
    ーブフリップフロップはCMOSで構成されることを特
    徴とする請求項1から4のいずれかに記載のD−FF回
    路。
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