JP2002064366A - Conditional capture flip-flop for power saving - Google Patents

Conditional capture flip-flop for power saving

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JP2002064366A JP2000239139A JP2000239139A JP2002064366A JP 2002064366 A JP2002064366 A JP 2002064366A JP 2000239139 A JP2000239139 A JP 2000239139A JP 2000239139 A JP2000239139 A JP 2000239139A JP 2002064366 A JP2002064366 A JP 2002064366A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flip-flop capable of minimizing power consumption by preventing unwanted discharge without affecting an operating speed. SOLUTION: This flip-flop for a semiconductor integrated circuit is provided with a delay/inverter means 410 for inputting a clock, delaying/inverting it, inputting first and second output signals and inverting these signals, differential circuit means 400 and 420 for detecting and amplifying the signal level difference of positive and negative data signals being controlled by the clock and the output signal of the delaying/inverting means, and an S-R latch means 430 for inputting the output signals of the differential circuit means, latching these signals and outputting the first and second output signals.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
関し、特に動作速度に影響を及ぼさずに消費電力を最小
化できるフリップフロップに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a flip-flop capable of minimizing power consumption without affecting operation speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、フリップフロップは、レジスタ
の一種類として入力された状態を保存して出力するかそ
の以前の状態を維持する必要性を有する半導体集積装置
の内部回路に用いられる半導体素子である。フフリップ
フロップは、種々の種類があり、要求される用途に合わ
せて選択すべきである。
2. Description of the Related Art In general, a flip-flop is a semiconductor element used in an internal circuit of a semiconductor integrated device which needs to store and output a state input as one type of register or to maintain a state before the state. is there. There are various types of flip-flops, and they should be selected according to the required application.

【0003】従来のフリップフロップには、ハイブリッ
ドラッチフリップフロップ(HLFF: hybrid latch-flip-f
lop)、セミダイナミックフリップフロップ(SDFF: semi-
dynamic flip-flop)、センス増幅器基盤のフリップフロ
ップ(SAFF: sense amplifier-based flip-flop)などが
ある。
[0003] Conventional flip-flops include a hybrid latch-flip-flip (HLFF).
lop), semi-dynamic flip-flop (SDFF: semi-
dynamic flip-flop) and sense amplifier-based flip-flop (SAFF).

【0004】上記ハイブリッドラッチフリップフロップ
は、1996年2月にISSCC(International Solid State Cir
cuit Conference)で発表された論文に"Flow-Through La
tchand Edge-Triggered Flip-flop Hybrid Element"と
いう題目で掲載されている。
The above-mentioned hybrid latch flip-flop was developed in February 1996 by the International Solid State Circuit (ISSCC).
cuit Conference), "Flow-Through La
tchand Edge-Triggered Flip-flop Hybrid Element ".

【0005】図1は、従来のハイブリッドラッチフリッ
プフロップ(HLFF)を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional hybrid latch flip-flop (HLFF).

【0006】図1を参照すれば、ハイブリッドラッチフ
リップフロップ(HLFF)は、クロックCLKをゲート端で入
力されソースドレイン経路が電源電圧端Vccと第1ノード
Xとの間に形成された第1プルアップトランジスタ100
と、クロックCLKを入力されて所定時間の間遅延及び反
転する遅延/反転部110と、クロックCLK、データD、及び
遅延/反転部110の出力信号を各々ゲート端で入力され第
1ノードXと接地端GNDとの間に直列連結された第1ないし
第3NMOSトランジスタ120、121、122と、データDを入力
されソースドレイン経路が第1ノードXと電源電圧端Vcc
との間に形成された第1プリチャージトランジスタ130
と、遅延/反転部110の出力信号をゲート端で入力されソ
ースドレイン経路が第1ノードXと電源電圧端Vccとの間
に形成された第2プリチャージトランジスタ140と、第1
ノードXの信号をゲート端で入力されソースドレイン経
路が電源電圧端Vccと第2ノードYとの間に形成された第2
プルアップトランジスタ150と、クロックCLK、第1ノー
ドXの信号、及び遅延/反転部110の出力信号を各々ゲー
ト端で入力され第2ノードYと接地端GNDとの間に直列連
結された第4ないし第6NMOSトランジスタ160、161、162
と、第2ノードの出力信号Qをラッチし出力するラッチ部
170からなる。
Referring to FIG. 1, in a hybrid latch flip-flop (HLFF), a clock CLK is input at a gate terminal and a source / drain path is connected to a power supply voltage terminal Vcc and a first node.
First pull-up transistor 100 formed between X and X
And a delay / inversion unit 110 that receives and receives the clock CLK and delays and inverts it for a predetermined time, and a clock CLK, data D, and an output signal of the delay / inversion unit 110, each of which is input at a gate end and
First to third NMOS transistors 120, 121, and 122 connected in series between a node X and a ground terminal GND, a data D input source and a drain path are connected to the first node X and a power supply voltage terminal Vcc.
The first precharge transistor 130 formed between
A second precharge transistor 140 in which an output signal of the delay / inversion unit 110 is input at a gate terminal and a source / drain path is formed between the first node X and a power supply voltage terminal Vcc;
The signal of the node X is input at the gate terminal, and the source / drain path is formed between the power supply voltage terminal Vcc and the second node Y.
A pull-up transistor 150, a clock CLK, a signal of the first node X, and an output signal of the delay / inverting unit 110 are respectively input at a gate terminal and connected in series between a second node Y and a ground terminal GND. Or sixth NMOS transistors 160, 161, 162
And a latch section for latching and outputting the output signal Q of the second node
Consists of 170.

【0007】ハイブリッドラッチフリップフロップ(HLF
F)の動作を説明すれば、クロックCLKが論理ローである
時、第1プルアップトランジスタ100、第3NMOSトランジ
スタ122、及び第6NMOSトランジスタ162がターンオンさ
れ、第1NMOSトランジスタ120と第4NMOSトランジスタ160
とはターンオフされる。結果的に、第1ノードXは、電源
電圧レベルにプリチャージされ、出力信号Qは上記ラッ
チ部170に保持されていた以前のデータ値を有すること
となる。
A hybrid latch flip-flop (HLF)
In operation F), when the clock CLK is logic low, the first pull-up transistor 100, the third NMOS transistor 122, and the sixth NMOS transistor 162 are turned on, and the first NMOS transistor 120 and the fourth NMOS transistor 160 are turned on.
Is turned off. As a result, the first node X is precharged to the power supply voltage level, and the output signal Q has the previous data value held in the latch unit 170.

【0008】クロックCLKの上昇エッジで、第3NMOSトラ
ンジスタ122と第6NMOSトランジスタ162とが遅延/反転部
110によって遅延及び反転されたクロック信号を待つ期
間に第1NMOSトランジスタ120と第4NMOSトランジスタ160
とがターンオンされる。この場合、上記の期間の間デー
タDがラッチ部170に保持される。一応遅延/反転部110の
出力信号が論理ハイから論理ローに遷移すれば、上記第
1ノードXは、上記第2プリチャージトランジスタ140によ
って電源電圧レベルにプリチャージされデータDが論理
ローである時、上記第1プリチャージトランジスタ130に
よって電源電圧レベルにプリチャージされる。
At the rising edge of the clock CLK, the third NMOS transistor 122 and the sixth NMOS transistor 162 are connected to the delay / inversion unit.
While waiting for the clock signal delayed and inverted by 110, the first NMOS transistor 120 and the fourth NMOS transistor 160
Are turned on. In this case, the data D is held in the latch unit 170 during the above period. If the output signal of the delay / inversion unit 110 transitions from a logic high to a logic low,
One node X is precharged to the power supply voltage level by the second precharge transistor 140 and is precharged to the power supply voltage level by the first precharge transistor 130 when the data D is logic low.

【0009】クロックCLKの下降エッジで、第1プルアッ
プトランジスタ100によって第1 ノードXは、クロックCL
Kが論理ローで存在する限り完全に電源電圧レベルにプ
リチャージされる。
At the falling edge of the clock CLK, the first node X is connected to the clock CL by the first pull-up transistor 100.
It is fully precharged to the supply voltage level as long as K is at a logic low.

【0010】第2に、セミダイナミックフリップフロッ
プ(SDFF)は、1998年に発表された"Symposium on VLSI
Circuit Digest of Technical Papers"に"Semi-Dynamic
andDynamic Flip-Flops with Embeded Logic"という題
目で掲載されている。
Secondly, a semi-dynamic flip-flop (SDFF) is disclosed in "Symposium on VLSI" published in 1998.
Circuit Digest of Technical Papers "to" Semi-Dynamic
andDynamic Flip-Flops with Embeded Logic ".

【0011】図2は、従来のセミダイナミックフリップ
フロップ(SDFF)を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional semi-dynamic flip-flop (SDFF).

【0012】図2を参照すれば、セミダイナミックフリ
ップフロップ(SDFF)は、クロックCLKをゲート端で入力
されソースドレイン経路が電源電圧端Vccと第1ノードX
との間に形成されたプリチャージトランジスタ200と、
クロックCLKと第1ノードXの信号を入力されて遅延及び
反転させる遅延/反転部210と、遅延/反転部210の出力信
号、データD、及びクロックCLKを各々ゲート端で入力さ
れて上記第1ノードXと接地端GNDとの間に直列連結され
た第1ないし第3NMOSトランジスタ220、221、222と、上
記第1ノードXの信号をラッチする第1ラッチ部230と、第
1ノードの信号をゲート端で入力されソースドレイン経
路が電源電圧端Vccと出力ノードQとの間に形成されたプ
ルアップトランジスタ240と、クロックCLKと上記第1ノ
ードXの信号を各々ゲート端で入力されて出力ノードQと
接地端GNDとの間に直列に連結された第4及び第5NMOSト
ランジスタ250、251と、出力ノードQの信号をラッチ及
び反転する第2ラッチ部260を備える。
Referring to FIG. 2, a semi-dynamic flip-flop (SDFF) receives a clock CLK at a gate terminal and a source / drain path between a power supply voltage terminal Vcc and a first node X.
A precharge transistor 200 formed between
A delay / inversion unit 210 for receiving and delaying and inverting the clock CLK and the signal of the first node X, and an output signal of the delay / inversion unit 210, data D, and a clock CLK, each of which is input at a gate terminal to receive the first signal. First to third NMOS transistors 220, 221, and 222 connected in series between the node X and the ground terminal GND; a first latch unit 230 for latching the signal of the first node X;
A signal of one node is input at a gate terminal, and a source-drain path is a pull-up transistor 240 formed between a power supply voltage terminal Vcc and an output node Q, and a clock CLK and a signal of the first node X are respectively connected at a gate terminal. Fourth and fifth NMOS transistors 250 and 251 are connected in series between the output node Q and the ground terminal GND, and a second latch unit 260 latches and inverts the signal of the output node Q.

【0013】セミダイナミックフリップフロップ(SDF
F)の動作を説明すれば、クロックCLKの下降エッジでフ
リップフロップは、プリチャージモードに入る。この場
合、クロックCLKをゲート端で入力されるプリチャージ
トランジスタ200がターンオンされて第1ノードXを電源
電圧レベルにプリチャージさせる。第1ノードXが論理ハ
イにプリチャージされれば、出力ノードQの信号は、入
力端から分離され上記第2ラッチ部260によって以前のラ
ッチしていた値を保持する。クロックCLKがプリチャー
ジの間に論理ローで存在すれば、遅延/反転部210の出力
信号は、論理ハイとなって第1NMOSトランジスタ220をタ
ーンオンさせる。
A semi-dynamic flip-flop (SDF)
In operation F), the flip-flop enters the precharge mode at the falling edge of the clock CLK. In this case, the precharge transistor 200, which receives the clock CLK at the gate terminal, is turned on to precharge the first node X to the power supply voltage level. When the first node X is precharged to a logic high, the signal at the output node Q is separated from the input terminal and retains the value previously latched by the second latch unit 260. If the clock CLK is at a logic low during the precharge, the output signal of the delay / inversion unit 210 becomes a logic high, turning on the first NMOS transistor 220.

【0014】クロックの上昇エッジでフリップフロップ
は、評価(evaluation)モードに入る。データDが論理ロ
ーである場合、第1ノードXは、第1ラッチ部230によって
論理ハイで残ることとなる。すると、第4及び第5NMOSト
ランジスタ250、251がターンオンされて出力ノードQの
信号をディスチャージ(discharge)することとなり、出
力ノードQを論理ローにし第2ラッチ部260によって出力
信号QBを論理ハイにする。クロックCLKが上昇した後に
遅延/反転部210の出力信号は、論理ハイから論理ローと
なり、第1NMOSトランジスタ220は、ターンオフされる。
データDが論理ハイである場合、第1ノードXは、第1ない
し第3NMOSトランジスタ220、221、222のプルダウン(pul
l down)経路を介してディスチャージ(discharge)され
る。データDが論理ローに下降しても第1ラッチ部230に
よって第1ノードXは、論理ロー値を続けてラッチするこ
ととなる。すると、プルアップトランジスタ240がター
ンオンされ出力ノードQの信号を論理ハイにすることと
なる。
At the rising edge of the clock, the flip-flop enters an evaluation mode. When the data D is logic low, the first node X remains at logic high by the first latch unit 230. Then, the fourth and fifth NMOS transistors 250 and 251 are turned on to discharge the signal of the output node Q, and set the output node Q to logic low and the second latch unit 260 to change the output signal QB to logic high. . After the clock CLK rises, the output signal of the delay / inversion unit 210 changes from logic high to logic low, and the first NMOS transistor 220 is turned off.
When the data D is logic high, the first node X is connected to the pull-down of the first to third NMOS transistors 220, 221 and 222.
l down) through a path. Even if the data D falls to a logic low, the first node X continues to latch the logic low value by the first latch unit 230. Then, the pull-up transistor 240 is turned on, and the signal at the output node Q is set to a logic high.

【0015】第3に、従来のセンス増幅器基盤のフリッ
プフロップ(SAFF)は、1999年2月にISSCC(Internationa
l Solid State Circuit Conference)で発表された論文
に"Sense Amplifier-Based Flip-Flop"という題目で掲
載されている。
Third, a conventional sense amplifier based flip-flop (SAFF) was developed in February 1999 by ISSCC (International
l Solid State Circuit Conference) has been published in a paper titled "Sense Amplifier-Based Flip-Flop".

【0016】図3は、従来のセンス増幅器基盤のフリッ
プフロップ(SAFF)を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional sense amplifier-based flip-flop (SAFF).

【0017】図3を参照すれば、センス増幅器基盤のフ
リップフロップ(SAFF)は、データD、DBを入力されてク
ロックCLKに制御されるセンスアンプ部300と、センスア
ンプ部300の出力信号を入力されてラッチするためのS-R
ラッチ部310を備える。
Referring to FIG. 3, a sense amplifier-based flip-flop (SAFF) receives a data D and DB, and is controlled by a clock CLK and receives an output signal of the sense amplifier 300. SR to be latched
A latch 310 is provided.

【0018】センスアンプ部300は、通常のセンス増幅
器の構造からなっており、多数のPMOSトランジスタ301
ないし304及びNMOSトランジスタ305ないし310により構
成される。上記センスアンプ部300は、データD、DB間の
信号レベル差を感知して増幅する。クロックCLKが論理
ローである場合、センスアンプ部300の出力ノードを 電
源電圧レベルにプリチャージしクロックCLKが論理ハイ
である場合、センスアンプ部300を駆動させて差動入力
を受け入れる。
The sense amplifier section 300 has the structure of a normal sense amplifier, and includes a large number of PMOS transistors 301.
Through 304 and NMOS transistors 305 through 310. The sense amplifier unit 300 senses and amplifies a signal level difference between the data D and DB. When the clock CLK is logic low, the output node of the sense amplifier unit 300 is precharged to the power supply voltage level, and when the clock CLK is logic high, the sense amplifier unit 300 is driven to accept a differential input.

【0019】センスアンプ部300からの二つの出力信号
はS-Rラッチ部310に入力されてラッチされる。S-Rラッ
チ部310の第1入力SBはセット(set)入力であって、第2入
力RBは、リセット(reset)入力である。センスアンプ部3
00を構成する差動増幅器の出力信号の特性上、第1入力S
Bと第2入力RBとが共に論理ローである場合は、許容され
ない。第1入力SBが論理ローであるならば、S-Rラッチ部
310の第1出力信号Qが論理ハイにセッティングされ、第2
入力RBが論理ローであるならば、S-Rラッチ部310の第2
出力信号QBを論理ハイにセッティングする。
Two output signals from the sense amplifier unit 300 are input to the SR latch unit 310 and latched. The first input SB of the SR latch unit 310 is a set input, and the second input RB is a reset input. Sense amplifier section 3
00, the first input S
If both B and the second input RB are logic low, it is not allowed. If the first input SB is logic low, the SR latch
The first output signal Q of 310 is set to a logic high and the second
If the input RB is logic low, the second
Set output signal QB to logic high.

【0020】上述したハイブリッドラッチフリップフロ
ップ(HLFF)、セミダイナミックフリップフロップ(SDFF)
及びセンス増幅器基盤のフリップフロップ(SAFF)は、
動作速度面から見れば、トランスミッションゲートマス
タースレーブフリップフロップ(TGFF: transmission ga
te master-slave flip-flop)のようなフリップフロップ
より優れている。それに対し、クロックサイクル毎に内
部のノードがプリチャージ及びディスチャージされるた
めに不必要な消費電力を引き起こす問題点がある。
The above-described hybrid latch flip-flop (HLFF) and semi-dynamic flip-flop (SDFF)
And sense amplifier based flip-flops (SAFF)
In terms of operating speed, transmission gate master slave flip-flops (TGFF: transmission ga
Better than flip-flops like te master-slave flip-flop). On the other hand, the internal nodes are precharged and discharged every clock cycle, which causes unnecessary power consumption.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の技術の問題点を解決するために案出されたもの
で、動作速度に影響を及ぼすことなく、不必要なディス
チャージを防止することによって消費電力を最小化でき
るフリップフロップを提供することにその目的がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and prevents unnecessary discharge without affecting the operation speed. It is an object of the present invention to provide a flip-flop capable of minimizing power consumption.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のフリップフロップは、半導体集積回路のフ
リップフロップにおいて、クロックを入力されて遅延/
反転させ、第1及び第2出力信号を入力されて反転させる
遅延/反転手段と、上記クロックと上記遅延/反転手段の
出力信号とに制御され、正データと負データ信号の信号
レベル差を検出して増幅する差動回路手段と、上記差動
回路手段の出力信号を入力されてラッチし、上記第1及
び第2出力信号を出力するS-Rラッチ手段とを含んでな
る。
In order to achieve the above object, a flip-flop according to the present invention is a flip-flop of a semiconductor integrated circuit which receives a clock and receives a delay / delay.
A delay / inverting means for inverting and inputting and inverting the first and second output signals, and a signal level difference between positive data and a negative data signal controlled by the clock and the output signal of the delay / inverting means. Differential circuit means for inputting and amplifying the output signal, and SR latch means for receiving and latching the output signal of the differential circuit means and outputting the first and second output signals.

【0023】また、本発明のフリップフロップは、半導
体集積回路のフリップフロップにおいて、クロックをゲ
ート端で入力されソースドレイン経路が電源電圧端とプ
リチャージノードとの間に形成されたPMOSトランジスタ
と、クロックを入力されて遅延させ出力ノードの信号を
入力されて反転させる遅延/反転手段と、上記クロッ
ク、データ、及び上記遅延/反転手段の出力信号を各々
ゲート端で入力されて上記プリチャージノードと接地端
との間に直列連結された第1ないし第3NMOSトランジスタ
と、上記データをゲート端で入力されソースドレイン経
路が電源電圧端と上記プリチャージノードとの間に形成
された第1プリチャージトランジスタと、上記遅延/反転
手段の出力信号をゲート端で入力されソースドレイン経
路が電源電圧端と上記プリチャージノードとの間に形成
された第2プリチャージトランジスタと、上記プリチャ
ージノードの信号をゲート端で入力されソースドレイン
経路が電源電圧端と出力ノードとの間に形成されたプル
アップトランジスタと、上記データを入力されるインバ
ータと、上記クロック、上記インバータの出力信号、及
び上記遅延/反転手段の出力信号を各々ゲートで 入力さ
れて上記出力ノードと接地端との間に直列連結された第
4ないし第6NMOSトランジスタと、上記出力ノードの信号
を入力されてラッチ及び反転するラッチ部とを含んでな
る。
Further, the flip-flop of the present invention is a flip-flop of a semiconductor integrated circuit, wherein a clock is inputted at a gate terminal, and a source / drain path is formed between a power supply voltage terminal and a precharge node. Delay / inverting means for receiving and delaying the signal of the output node by inputting and delaying the signal of the output node, and the clock, data, and the output signal of the delay / inverting means being input at the respective gate terminals to ground the precharge node and ground. A first to a third NMOS transistor connected in series between the first and third terminals, a first precharge transistor having the data input at the gate terminal and a source / drain path formed between the power supply voltage terminal and the precharge node. The output signal of the delay / inversion means is input at the gate terminal, and the source / drain path is A second precharge transistor formed between the power supply voltage terminal and the output node; a second precharge transistor formed between the power supply voltage terminal and the output node; An inverter to which data is input, the clock, the output signal of the inverter, and the output signal of the delay / inversion means are input at respective gates and connected in series between the output node and a ground terminal.
A fourth to a sixth NMOS transistors; and a latch unit that receives and latches and inverts the signal of the output node.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の最も好ましい実施
例を、添附した図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0025】図4は、本発明にかかる条件付き捕獲フリ
ップフロップ(CCFF: conditional-capture flip-flop)
のディファレンシャルバージョン(differential versio
n)を示す回路図である。
FIG. 4 shows a conditional-capture flip-flop (CCFF) according to the present invention.
Differential version of (differential versio
It is a circuit diagram which shows n).

【0026】図4を参照すれば、本発明にかかる条件付
き捕獲フリップフロップ(CCFF)は、クロックCLKを入力
されて遅延/反転させてS-Rラッチ部430の第1及び第2出
力信号Q、QBを入力されて反転させる遅延/反転部410
と、クロックCLKと遅延/反転部410の出力信号に制御さ
れデータAと負データABを入力されてその差を検出して
動作する差動回路部400、420と、差動回路部400、420の
出力信号を入力されてラッチするS-Rラッチ部430を備え
る。
Referring to FIG. 4, the conditional capture flip-flop (CCFF) according to the present invention receives and delays / inverts the clock CLK to receive the first and second output signals Q and QB of the SR latch unit 430. Delay / inverting section 410
And differential circuits 400 and 420, which are controlled by the clock CLK and the output signal of the delay / inverting unit 410, receive data A and negative data AB, detect the difference between them, and operate. And an SR latch unit 430 that receives and latches the output signal of the first stage.

【0027】具体的に、遅延/反転部410は、クロックCL
Kを入力されて遅延させる第1及び第2インバータ411、41
2と、第2インバータ412の出力信号とS-Rラッチ部430の
第1出力信号Qを入力される第1NORゲート413と、第2イン
バータ412の出力信号とS-Rラッチ部430の第2出力信号QB
を入力される第2NORゲート414とを備える。
More specifically, the delay / inversion unit 410 outputs the clock CL
First and second inverters 411 and 41 for receiving and delaying K
2, a first NOR gate 413 to which the output signal of the second inverter 412 and the first output signal Q of the SR latch unit 430 are input, and an output signal of the second inverter 412 and the second output signal QB of the SR latch unit 430.
And a second NOR gate 414 for receiving the input.

【0028】具体的に、差動回路部400は、クロックCLK
をゲート端で入力されソースドレイン経路が電源電圧端
Vccと第1出力ノードSBとの間に形成された第1プリチャ
ージトランジスタ401と、遅延/反転部410の出力信号と
データAとを各々ゲート端で入力され第1出力ノードSBと
共通ノードNCとの間に直列連結された第1及び第2NMOSト
ランジスタ402、403と、第1出力ノードSBを反転しラッ
チして第1最終出力信号Sを生成する第1ラッチ部404と、
クロックCLKをゲートで入力されソースドレイン経路が
共通ノードNCと接地端GNDとの間に形成された第3NMOSト
ランジスタ409からなる。
Specifically, the differential circuit section 400 receives the clock CLK
Input at the gate end and the source / drain path
The first precharge transistor 401 formed between Vcc and the first output node SB, and the output signal and data A of the delay / inverting unit 410 are input at the respective gate terminals, and the first output node SB and the common node NC A first latch unit 404 that inverts and latches the first output node SB and generates a first final output signal S,
The clock CLK is input at the gate, and the source / drain path includes a third NMOS transistor 409 formed between the common node NC and the ground terminal GND.

【0029】差動回路部420は、クロックCLKをゲート端
で入力されソースドレイン経路が電源電圧端Vccと第2出
力ノードRBとの間に形成された第2プリチャージトラン
ジスタ405と、遅延/反転部410の出力信号と負データAB
を各々ゲート端で入力され第2出力ノードRBと共通ノー
ドNCとの間に直列連結された第4及び第5NMOSトランジス
タ406、407と、第2出力ノードRBを反転しラッチして第2
最終出力信号Rを生成する第2ラッチ部408からなる。
The differential circuit 420 includes a second precharge transistor 405 having a clock CLK input at a gate terminal and a source / drain path formed between a power supply voltage terminal Vcc and a second output node RB, and a delay / inversion circuit. Output signal of section 410 and negative data AB
The fourth and fifth NMOS transistors 406 and 407 connected in series between the second output node RB and the common node NC, each of which is input at the gate terminal, and the second output node RB are inverted and latched to obtain the second
The second latch unit 408 generates the final output signal R.

【0030】S-Rラッチ部430は、第1出力ノードSBの信
号をゲート端で入力されソースドレイン経路が電源電圧
端Vccと自分の出力ノードである第1ノードQとの間に形
成された第1PMOSトランジスタ421と、第2最終出力信号R
をゲート端で入力されソースドレイン経路が第1ノードQ
と接地端GNDとの間に形成された第1NMOSトランジスタ42
2と、第1ノードQをゲート端で入力されソースドレイン
経路が第1出力ノードSBと自分の出力ノードである第2ノ
ードQBとの間に形成された第2PMOSトランジスタ423と、
第1ノードQの信号をゲート端で入力されソースドレイン
経路が第2最終出力信号Rと第2ノードQBとの間に形成さ
れた第2NMOSトランジスタ424と、第2ノードQBの信号を
ゲート端で入力されソースドレイン経路が第2出力ノー
ドRBと第1ノードQとの間に形成された第3PMOSトランジ
スタ425と、第2ノードQBの信号をゲート端で入力されソ
ースドレイン経路が第1最終出力ノードSと第1ノードQと
の間に形成された第3NMOSトランジスタ426と、第2出力
ノードRBの信号をゲート端で入力されソースドレイン経
路が電源電圧端Vccと第2ノードQBとの間に形成された第
4PMOSトランジスタ427と、第1最終出力ノードSの信号を
ゲート端で入力されソースドレイン経路が第2ノードQB
と接地端GNDとの間に形成された第4NMOSトランジスタ42
8とを備える。
The SR latch unit 430 receives the signal of the first output node SB at the gate terminal, and has a source / drain path formed between the power supply voltage terminal Vcc and the first node Q as its own output node. Transistor 421 and second final output signal R
Is input at the gate end and the source / drain path is
1st NMOS transistor 42 formed between
2, a second PMOS transistor 423 in which the first node Q is input at the gate end and the source / drain path is formed between the first output node SB and the second node QB which is its own output node;
The signal of the first node Q is input at the gate terminal, the source / drain path is formed between the second final output signal R and the second node QB, the second NMOS transistor 424, and the signal of the second node QB is input at the gate terminal. A third PMOS transistor 425 having an input and a source / drain path formed between the second output node RB and the first node Q, and a signal at the second node QB input at the gate end and having a source / drain path at the first final output node A third NMOS transistor 426 formed between S and the first node Q, and a signal at the second output node RB are input at the gate terminal and a source / drain path is formed between the power supply voltage terminal Vcc and the second node QB. The first
4PMOS transistor 427, the signal of the first final output node S is input at the gate terminal, and the source / drain path is the second node QB
4th NMOS transistor 42 formed between
8 is provided.

【0031】S-Rラッチ部420は、通常の交差接続回路と
して高速動作を遂行する。
The SR latch unit 420 performs a high-speed operation as a normal cross connection circuit.

【0032】動作を説明すれば、クロックCLKが論理ロ
ーである時、第1出力ノードSBの信号であるセット負信
号SBと第2出力ノードの信号であるリセット負信号RBと
が差動回路部400の第1及び第2プリチャージトランジス
タ401、405によって論理ローから論理ハイに遷移しS-R
ラッチ部430がディセーブルされる。第1及び第2信号Q、
QBが各々論理ローと論理ハイである場合、S-Rラッチ部4
30の第2PMOSトランジスタ423と第3NMOSトランジスタ426
とがターンオンされ出力状態を保存する。また第1及び
第2信号Q、QBは、遅延/反転部410の第1及び第2NORゲー
ト413、414を介して差動回路部400の第1NMOSトランジス
タ402をターンオンさせ差動回路部420の第4NMOSトラン
ジスタ406をターンオフさせる。クロックCLKが上昇した
後のフリップフロップの動作を説明すれば、入力される
データAと負データABの状態に応じて動作が決定され
る。
In operation, when the clock CLK is at logic low, the set negative signal SB, which is the signal of the first output node SB, and the reset negative signal RB, which is the signal of the second output node, are output from the differential circuit section. A transition from a logic low to a logic high by the first and second precharge transistors 401 and 405 of the SR and the SR
The latch unit 430 is disabled. First and second signals Q,
When QB is logic low and logic high, respectively,
30 second PMOS transistors 423 and third NMOS transistors 426
Is turned on to save the output state. Also, the first and second signals Q and QB turn on the first NMOS transistor 402 of the differential circuit unit 400 via the first and second NOR gates 413 and 414 of the delay / inverting unit 410 to turn on the first and second signals of the differential circuit unit 420. 4 Turn off the NMOS transistor 406. The operation of the flip-flop after the clock CLK rises will be described. The operation is determined according to the states of the input data A and the negative data AB.

【0033】データAが論理ハイである場合、セット負
信号SBがプルダウン(pull down)され上記S-Rラッチ部43
0の第1PMOSトランジスタ421と第4NMOSトランジスタ428
がアクティブにされ出力状態を変換させる。この時間の
間にS-Rラッチ部420の第2PMOSトランジスタ423と第3NMO
Sトランジスタ426とがターンオフされ、以前の状態と現
在の状態の信号値との間に信号ファイティング(signal
fighting)を誘発させない。データAの入力が論理ロー
である場合、差動回路部400の第3NMOSトランジスタ406
がターンオフされているため、リセット負信号RBがプル
ダウンされない。これは出力が既に入力されたデータA
値と同じ値を有するためである。クロックCLKが論理ハ
イから論理ローに遷移する場合、セット負信号SBは、デ
ィスチャージ(discharge)されていれば、プリチャージ
される。遅延/反転部410の第1及び第2インバータ411、4
12の出力信号は、プルダウン出力値に応じて差動回路部
400の第1NMOSトランジスタ402及び第4NMOSトランジスタ
406をターンオンさせる。
When the data A is logic high, the set negative signal SB is pulled down and the SR latch 43
0 first PMOS transistor 421 and fourth NMOS transistor 428
Is activated to change the output state. During this time, the second PMOS transistor 423 of the SR latch unit 420 and the third NMO
S-transistor 426 is turned off, and signal fighting between the previous state and the current state signal value (signal
fighting). When the input of data A is logic low, the third NMOS transistor 406 of the differential circuit unit 400
Is turned off, the reset negative signal RB is not pulled down. This is data A whose output is already input
This is because it has the same value as the value. When the clock CLK transitions from logic high to logic low, the set negative signal SB is precharged if it has been discharged. First and second inverters 411 and 4 of delay / inversion unit 410
The 12 output signals are sent to the differential circuit according to the pull-down output value.
400 first NMOS transistor 402 and fourth NMOS transistor
Turn on 406.

【0034】上記で分かるように、S-Rラッチ部430の第
1出力信号Q及び入力されたデータAの信号が全部論理ハ
イである場合、第1NMOSトランジスタ402をターンオフさ
せることで、フリップフロップはディスチャージぜず、
元の状態を維持することとなる。第1出力信号Q及び入力
されたデータAの信号が全部論理ローである場合、第2NM
OSトランジスタ403をターンオフさせることで、不必要
なディスチャージを防止する。
As can be seen, the SR latch 430
1 When the output signal Q and the input data A signal are all logic high, by turning off the first NMOS transistor 402, the flip-flop does not discharge,
The original state will be maintained. If the first output signal Q and the input data A signal are all logic low, the second NM
By turning off the OS transistor 403, unnecessary discharge is prevented.

【0035】図5は、本発明の他の実施例を示す条件付
き捕獲フリップフロップ(CCFF)のシングルエンドバー
ジョン(single-ended version)を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a single-ended version of a conditional capture flip-flop (CCFF) according to another embodiment of the present invention.

【0036】図5を参照すれば、条件付き捕獲フリップ
フロップ(CCFF)のシングルエンドバージョンのフリッ
プフロップは、クロックCLKをゲート端で入力されソー
スドレイン経路が電源電圧端VccとプリチャージノードX
との間に形成されたPMOSトランジスタ500と、クロックC
LKを入力されて遅延させ出力信号Qを入力されて反転さ
せる遅延/反転部540と、クロックCLK、データD、及び遅
延/反転部540の出力信号NBを各々ゲート端で入力されて
プリチャージノードXと接地端GNDとの間に直列連結され
た第1ないし第3NMOSトランジスタ510、511、512と、デ
ータDをゲート端で入力されソースドレイン経路が電源
電圧端VccとプリチャージノードXとの間に形成された第
1プリチャージトランジスタ530と、遅延/反転部540の出
力信号CKDBをゲート端で入力されソースドレイン経路が
電源電圧端Vccと上記プリチャージノードXとの間に形成
された第2プリチャージトランジスタ550と、プリチャー
ジノードXの信号をゲート端で入力されソースドレイン
経路が電源電圧端Vccと出力ノードQとの間に形成された
プルアップトランジスタ560と、データDを入力されるイ
ンバータ520と、クロックCLK、インバータ520の出力信
号、及び遅延/反転部540の出力信号を各々ゲート端で入
力され出力ノードQと接地端GNDとの間に直列連結された
第4ないし第6NMOSトランジスタ570、571、572と、出力
ノードQの信号を入力されてラッチ及び反転するラッチ
部580を備える。
Referring to FIG. 5, a single-ended version of the conditional capture flip-flop (CCFF) has a clock CLK input at a gate terminal and a source / drain path connected to a power supply voltage terminal Vcc and a precharge node X.
And a clock transistor C
A delay / inverting unit 540 that receives and delays LK to receive and inverts an output signal Q, and a precharge node in which a clock CLK, data D, and an output signal NB of the delay / inverting unit 540 are each input at a gate end and are input. First to third NMOS transistors 510, 511, and 512 connected in series between X and the ground terminal GND, and data D is input at the gate terminal and the source / drain path is between the power supply voltage terminal Vcc and the precharge node X. The first formed
(1) a precharge transistor 530, and a second precharge transistor 550 in which the output signal CKDB of the delay / inversion unit 540 is input at the gate terminal and the source / drain path is formed between the power supply voltage terminal Vcc and the precharge node X. A pull-up transistor 560 having a gate terminal receiving the signal of the precharge node X and having a source / drain path formed between the power supply voltage terminal Vcc and the output node Q, an inverter 520 receiving data D, and a clock CLK. The fourth to sixth NMOS transistors 570, 571, and 572, each having an output signal of the inverter 520 and an output signal of the delay / inversion unit 540 input at a gate terminal and connected in series between an output node Q and a ground terminal GND, , A latch unit 580 that receives and latches and inverts the signal of the output node Q.

【0037】図5を参照して、条件付き捕獲フリップフ
ロップ(CCFF)のシングルエンドバージョン(single-end
ed version)の動作を説明すれば、遅延/反転部540は、
上記図4のフリップフロップの遅延/反転部410と同じ目
的で用いられる。プリチャージノードXは出力ノードQの
信号が論理ローであって、データDが論理ハイである場
合、クロックの上昇エッジでディスチャージされる。
Referring to FIG. 5, a single-end version of the conditional capture flip-flop (CCFF)
ed version), the delay / inversion unit 540
It is used for the same purpose as the delay / inversion unit 410 of the flip-flop in FIG. The precharge node X is discharged at the rising edge of the clock when the signal at the output node Q is logic low and the data D is logic high.

【0038】クロックCLKが論理ローである場合、第2及
び第3NMOSトランジスタ511、512がプリチャージノードX
のディスチャージすることを防止するため、論理ハイを
維持する。データDが論理ローである場合、第5NMOSトラ
ンジスタ571は、ターンオンされ出力ノードQの信号は、
現在の状態を維持するか接地レベルにプルダウンされ
る。一応遅延/反転部540から第3NMOSトランジスタ510に
入力される信号が論理ローとなれば、プリチャージノー
ドXは、データDから分離される。遅延/反転部540から第
6NMOSトランジスタ572に入力される信号が論理ローであ
る場合、出力ノードQもデータDと分離され動作する。ク
ロックCLKの下降エッジからクロックCLKが論理ローレベ
ルを維持する限り、プリチャージノードXは、電源電圧
レベルにプリチャージされる。
When the clock CLK is logic low, the second and third NMOS transistors 511 and 512 are connected to the precharge node X
Maintain a logic high to prevent discharging of When the data D is logic low, the fifth NMOS transistor 571 is turned on and the signal at the output node Q is
Keep current state or pull down to ground level. When the signal input to the third NMOS transistor 510 from the delay / inversion unit 540 becomes logic low, the precharge node X is separated from the data D. Delay / inverter 540 to
When the signal input to the 6NMOS transistor 572 is a logic low, the output node Q is also separated from the data D and operates. As long as the clock CLK keeps a logic low level from the falling edge of the clock CLK, the precharge node X is precharged to the power supply voltage level.

【0039】図6は、上記図4のフリップフロップの各信
号に対するシミュレーション実験した結果の波形を示す
タイミング図であって、図7は、上記図5のフリップフロ
ップに対しシミュレーション実験した波形を示すタイミ
ング図である。
FIG. 6 is a timing chart showing the waveform of the result of a simulation experiment performed on each signal of the flip-flop of FIG. 4, and FIG. 7 is a timing chart showing the waveform of the flip-flop of FIG. FIG.

【0040】図6と図7に示されているフリップフロップ
のシミュレーション波形は、電源電圧2.5V、摂氏25度
の温度条件、400fFの出力ロード(output load)を使用し
たティピカル(typical)装置で、0.35μm CMOS技術を用
いて得たものである。
The simulated waveforms of the flip-flops shown in FIGS. 6 and 7 are typical devices using a power supply voltage of 2.5 V, a temperature of 25 degrees Celsius, and an output load of 400 fF. , 0.35 μm CMOS technology.

【0041】図8は、本発明の条件付き捕獲フリップフ
ロップ(CCFF)と従来のセンス増幅器基盤のフリップフロ
ップ(SAFF)とのデータパターンに応じた電力消耗を比較
した図面である。
FIG. 8 is a diagram comparing the power consumption of the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention and the conventional sense amplifier-based flip-flop (SAFF) according to the data patterns.

【0042】図8を参照すれば、例えば、(11001100)の
データパターンのように隣接したデータの変化がない場
合、従来のセンス増幅器基盤のフリップフロップ(SAFF)
より本発明の条件付き捕獲フリップフロップ(CCFF)が
約20%の省電力効果があり、(11111111)のデータパター
ンのようにクロック毎にデータの変化がない場合には、
約60%の省電力効果があることが分かる。
Referring to FIG. 8, when there is no change in adjacent data, for example, as in the data pattern (11001100), a conventional sense amplifier based flip-flop (SAFF) is used.
When the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention has a power saving effect of about 20% and there is no data change for each clock as in the data pattern of (11111111),
It can be seen that there is a power saving effect of about 60%.

【0043】図9は、本発明の条件付きフリップフロッ
プ(CCFF)と従来のハイブリッドラッチフリップフロップ
(HLFF)、セミダイナミックフリップフロップ(SDFF)、消
費電力が極めて少ないトランスミッションゲートマスタ
ースレーブフリップフロップ(TGFF : Transmission gat
e master-slave flip-flop)とのデータパターンに応じ
た消費電力を比較した図である。
FIG. 9 shows a conditional flip-flop (CCFF) of the present invention and a conventional hybrid latch flip-flop.
(HLFF), semi-dynamic flip-flop (SDFF), extremely low power consumption transmission gate master-slave flip-flop (TGFF: Transmission gat
FIG. 9 is a diagram comparing power consumption according to a data pattern with e master-slave flip-flop).

【0044】図9を参照すれば、図8と同様に、データパ
ターンにおいてデータの変化がある場合だけでなく、ク
ロック毎にデータの変化がない場合に本発明の条件付き
捕獲フリップフロップ(CCFF)が他のフリップフロップ
より省電力効果が優れていることが分かる。
Referring to FIG. 9, similarly to FIG. 8, the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention is used not only when there is a change in data in the data pattern but also when there is no change in data every clock. It is understood that the power saving effect is superior to other flip-flops.

【0045】図10は、本発明の条件付き捕獲フリップフ
ロップ(CCFF)と従来のセンス増幅器基盤のフリップフロ
ップ(SAFF)を各々使用してカウンタを具現した場合の
消費電力を比較した図である。図で、"FLIP-FLOP"は、
カウンタの内部で消費される電力を示し、"クロック(C
LOCK)"は、クロックがトグル(toggle)される時消費さ
れる電力を示し、"ゲート(GATE)"は、カウンタの出力
信号を論理組合するためのANDゲート、NORゲートなどの
論理ゲートが消費する電力を各々示す。
FIG. 10 is a graph comparing the power consumption when a counter is implemented using the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention and a conventional sense amplifier-based flip-flop (SAFF). In the figure, "FLIP-FLOP" is
Indicates the power consumed inside the counter, "clock (C
"LOCK)" indicates the power consumed when the clock is toggled, and "GATE" indicates the logic gates, such as AND gates and NOR gates, used to logically combine the output signals of the counter. The respective powers are shown.

【0046】図10を参照すれば、本発明の条件付き捕獲
フリップフロップ(CCFF)を使用したカウンタと従来の
センス増幅器基盤のフリップフロップ(SAFF)を使用し
たカウンタは、"クロック"消費電力及び"ゲート"消費電
力においては、大きな差はないが、カウンタ内部で消費
される電力を比較すると、約51%の電力が減少されるこ
とが分かる。全体的に本発明にかかる条件付き捕獲フリ
ップフロップ(CCFF)を使用したカウンタの場合、従来
より約30%の消費電力を低減することができる。
Referring to FIG. 10, the counter using the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention and the counter using the conventional sense amplifier-based flip-flop (SAFF) have a "clock" power consumption and "clock". Although there is no significant difference in the power consumption of the gate, a comparison of the power consumed inside the counter shows that the power is reduced by about 51%. In the case of the counter using the conditional capture flip-flop (CCFF) according to the present invention as a whole, the power consumption can be reduced by about 30% as compared with the related art.

【0047】図11は、従来のセンス増幅器基盤のフリッ
プフロップ(SAFF)と本発明の条件付き捕獲フリップフロ
ップ(CCFF)の動作速度を比較するためにセットアップ
時間(setup time)及び保持時間(hold time)を比較した
表である。表から分かるように、本発明の条件付き捕獲
フリップフロップ(CCFF)の動作速度も従来のフリップ
フロップと比較して低下しないことが分かる。
FIG. 11 shows a setup time and a hold time for comparing the operation speed of the conventional sense amplifier based flip-flop (SAFF) with the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention. 4) is a table comparing the above. As can be seen from the table, it can be seen that the operation speed of the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention does not decrease as compared with the conventional flip-flop.

【0048】本発明の技術思想は、上記好ましい実施例
によって具体的に記述されたが、上記した実施例はその
説明のためのものであって、その制限のためのものでは
ないことに留意されるべきである。また、本発明の技術
分野における通常の専門家であるならば、本発明の技術
思想の範囲内で種々の変更が可能であることを理解され
るべきである。
Although the technical idea of the present invention has been specifically described by the above preferred embodiments, it is to be noted that the above embodiments are for the purpose of explanation, not for limitation. Should be. In addition, it should be understood that various modifications can be made by a person of ordinary skill in the technical field of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.

【0049】[0049]

【発明の効果】上記したとおり、本発明は、差動入力を
使用しながらも遅延/反転部において以前の状態と入力
されたデータの状態が同一である場合に不必要なディス
チャージを防止することによって消費電力を低減させる
効果がある。
As described above, the present invention prevents unnecessary discharge when the state of the input data is the same as the previous state in the delay / inversion unit while using the differential input. This has the effect of reducing power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来技術の上記ハイブリッドラッチフリップフ
ロップの基本的な回路を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic circuit of the above-described hybrid latch flip-flop according to the related art.

【図2】従来技術の上記セミダイナミックフリップフロ
ップの詳細な回路を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a detailed circuit of the semi-dynamic flip-flop according to the related art.

【図3】従来技術の上記センス増幅器基盤のフリップフ
ロップの詳細な回路図である。
FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the conventional sense amplifier-based flip-flop.

【図4】本発明の条件付き捕獲フリップフロップ(Condit
ional-Capture Flip-Flop)を示す詳細な回路図であ
る。
FIG. 4 shows a conditional capture flip-flop (Condit) of the present invention.
FIG. 3 is a detailed circuit diagram illustrating ional-Capture Flip-Flop).

【図5】本発明の別の実施例を示すシングルエンドバー
ジョン(single-ended version)の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a single-ended version showing another embodiment of the present invention.

【図6】図4のフリップフロップに対してシミュレーショ
ン実験した波形を示すタイミング図である。
6 is a timing chart showing waveforms obtained by performing a simulation experiment on the flip-flop of FIG. 4;

【図7】図5のフリップフロップに対してシミュレーショ
ン実験した波形を示すタイミング図である。
7 is a timing chart showing waveforms obtained by performing a simulation experiment on the flip-flop of FIG. 5;

【図8】本発明のフリップフロップ(CCFF)と従来技術の
センス増幅器基盤のフリップフロップ(SAFF)とのデータ
パターンに応じた消費電力を比較した図である。
FIG. 8 is a diagram comparing the power consumption according to the data patterns of the flip-flop (CCFF) of the present invention and the flip-flop (SAFF) based on the sense amplifier of the related art.

【図9】本発明のフリップフロップ(CCFF)と従来技術の
ハイブリッドラッチフリップフロップ(HLFF)、セミダイ
ナミックフリップフロップ(SDFF)、トランスミッション
ゲートマスタースレーブフリップフロップ(TGFF : Tran
smission gate master-slave flip-flop)とのデータパ
ターンに応じた消費電力を比較した図である。
FIG. 9 shows a flip-flop (CCFF) according to the present invention, a hybrid latch flip-flop (HLFF), a semi-dynamic flip-flop (SDFF), and a transmission gate master-slave flip-flop (TGFF: Tran) according to the related art.
FIG. 9 is a diagram comparing power consumption according to a data pattern with a transmission gate master-slave flip-flop).

【図10】本発明のフリップフロップ(CCFF)を使用したカ
ウンタと従来技術のフリップフロップ(SAFF)を使用した
カウンタが駆動する時の消費電力を比較した図である。
FIG. 10 is a diagram comparing power consumption when a counter using a flip-flop (CCFF) of the present invention and a counter using a flip-flop (SAFF) of the related art are driven.

【図11】従来のセンス増幅器基盤のフリップフロップ(S
AFF)と本発明の条件付き捕獲フリップフロップ(CCFF)
の動作速度を比較した表である。
FIG. 11 shows a conventional sense amplifier-based flip-flop (S
AFF) and the conditional capture flip-flop (CCFF) of the present invention
5 is a table comparing the operation speeds of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

400、420 差動回路部 410 遅延/反転部 420 S-Rラッチ部 400, 420 Differential circuit section 410 Delay / inversion section 420 S-R latch section

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体集積回路のフリップフロップであ
って、 クロックを入力されて遅延/反転させ、第1及び第2出力
信号を入力されて反転させる遅延/反転手段と、 上記クロックと上記遅延/反転手段の出力信号とに制御
され、正データと負データ信号の信号レベル差を検出し
て増幅する差動回路手段と、 上記差動回路手段の出力信号を入力されてラッチし、上
記第1及び第2出力信号を出力するS-Rラッチ手段とを含
むことを特徴とするフリップフロップ。
1. A flip-flop of a semiconductor integrated circuit, comprising: delay / inversion means for receiving and delaying / inverting a clock and receiving and inverting first and second output signals; A differential circuit controlled by an output signal of the inverting means to detect and amplify a signal level difference between the positive data and the negative data signal; an output signal of the differential circuit being input and latched; And an SR latch means for outputting a second output signal.
【請求項2】 上記遅延/反転手段は、 上記クロックを入力されて遅延させる第1及び 第2イン
バータと、 上記第2インバータの出力信号と上記S-Rラッチ手段から
の第1出力信号を入力される第1NORゲートと、上記第2イ
ンバータの出力信号と上記S-Rラッチ手段の第2出力信号
を入力される第2NORゲートとを含んでなることを特徴と
する請求項1に記載のフリップフロップ。
2. The delay / inverting means receives first and second inverters which receive and delay the clock, an output signal of the second inverter, and a first output signal from the SR latch means. 2. The flip-flop according to claim 1, further comprising a first NOR gate, and a second NOR gate to which an output signal of the second inverter and a second output signal of the SR latch are input.
【請求項3】 上記差動回路手段は、 上記クロックをゲート端で入力されソースドレイン経路
が電源電圧端と第1出力ノードとの間に形成された第1プ
リチャージトランジスタと、 上記遅延/反転手段の出力信号とデータを各々ゲート端
で入力されて上記第1出力ノードと共通ノードとの間に
直列連結された第1及び第2NMOSトランジスタと、 上記第1出力ノードの信号を反転しラッチして第1最終出
力信号を生成する第1ラッチ部と、 上記クロックをゲート端で入力されソースドレイン経路
が電源電圧端と第2出力ノードとの間に形成された第2プ
リチャージトランジスタと、 上記遅延/反転手段の出力信号と負データ信号とをゲー
ト端で入力されて上記第2出力ノードと共通ノードとの
間に直列連結された第3及び第4NMOSトランジスタと、 上記第2出力ノードの信号を反転しラッチして第2最終出
力信号を生成する第2ラッチ部と、 上記クロックをゲート端で入力されソースドレイン経路
が上記共通ノードと接地端との間に形成された第5NMOS
トランジスタとを含んでなることを特徴とする請求項1
に記載のフリップフロップ。
3. The differential circuit means, comprising: a first precharge transistor having the gate inputted to the clock and having a source / drain path formed between a power supply voltage end and a first output node; First and second NMOS transistors each having an output signal and data of the means input at a gate terminal and serially connected between the first output node and a common node; and inverting and latching the signal of the first output node. A first latch section for generating a first final output signal, a second precharge transistor having the clock input at a gate terminal and a source / drain path formed between a power supply voltage terminal and a second output node, Third and fourth NMOS transistors, which receive the output signal of the delay / inversion means and the negative data signal at a gate terminal and are connected in series between the second output node and a common node; and the second output node The 5NMOS a second latch unit configured to generate a second final output signal by latching the inverted signal, a source drain path is input to the clock at the gate end is formed between the ground terminal and the common node
And a transistor.
4. The flip-flop according to claim 1.
【請求項4】 上記S-Rラッチ部は、 上記第1出力ノードの信号をゲート端で入力されソース
ドレイン経路が電源電圧端と自分の出力ノードである第
1ノードとの間に形成された第1PMOSトランジスタと、 上記第2最終出力信号をゲート端で入力されてソースド
レイン経路が上記第1ノードと接地端との間に形成され
た第1NMOSトランジスタと、 上記第1ノードの信号をゲート端で入力されソースドレ
イン経路が上記第1出力ノードと自分の出力ノードであ
る第2ノードとの間に形成された第2PMOSトランジスタ
と、 上記第1ノードの信号をゲート端で入力されソースドレ
イン経路が上記第2最終出力信号と上記第2ノードとの間
に形成された第2NMOSトランジスタと、 上記第2ノードの信号をゲート端で入力されソースドレ
イン経路が上記第2出力ノードと上記第1ノードとの間に
形成された第3PMOSトランジスタと、 上記第2ノードの信号をゲート端で入力されソースドレ
イン経路が上記第1最終出力ノードと上記第1ノードとの
間に形成された第3NMOSトランジスタと、 上記第2出力ノードの信号をゲート端で入力されソース
ドレイン経路が電源電圧端と上記第2 ノードとの間に形
成された第4PMOSトランジスタと、 上記第1最終出力ノードの信号をゲート端で入力されソ
ースドレイン経路が上記第2ノードと接地端との間に形
成された第4NMOSトランジスタとを含んでなることを特
徴とする請求項1又は3に記載のフリップフロップ。
4. The SR latch section, wherein a signal of the first output node is inputted at a gate terminal, and a source / drain path is a power supply voltage terminal and its own output node.
A first PMOS transistor formed between the first node and a first node; a first NMOS transistor having a source / drain path formed between the first node and a ground terminal by receiving the second final output signal at a gate terminal; A second PMOS transistor in which a signal of the first node is input at a gate terminal and a source / drain path is formed between the first output node and a second node that is an output node of the second PMOS transistor; A second NMOS transistor input at a gate terminal and having a source / drain path formed between the second final output signal and the second node; and a source / drain path receiving the signal of the second node at a gate terminal and receiving the signal at the gate terminal. A third PMOS transistor formed between the second output node and the first node; a signal from the second node input at a gate end; a source / drain path connected to the first final output node and the first A third NMOS transistor formed between the power supply voltage terminal and the second node; a third NMOS transistor formed between the power supply voltage terminal and the second node; The signal of the first final output node is input at a gate terminal, and a source / drain path includes a fourth NMOS transistor formed between the second node and a ground terminal. 3. The flip-flop according to 3.
【請求項5】 半導体集積回路のフリップフロップにお
いて、 クロックをゲート端で入力されソースドレイン経路が電
源電圧端とプリチャージノードとの間に形成されたPMOS
トランジスタと、 クロックを入力されて遅延させ出力ノードの信号を入力
されて反転させる遅延/反転手段と、 上記クロック、データ、及び上記遅延/反転手段の出力
信号を各々ゲート端で入力されて上記プリチャージノー
ドと接地端との間に直列連結された第1ないし第3NMOSト
ランジスタと、 上記データをゲート端で入力されソースドレイン経路が
電源電圧端と上記プリチャージノードとの間に形成され
た第1プリチャージトランジスタと、 上記遅延/反転手段の出力信号をゲート端で入力されソ
ースドレイン経路が電源電圧端と上記プリチャージノー
ドとの間に形成された第2プリチャージトランジスタ
と、 上記プリチャージノードの信号をゲート端で入力されソ
ースドレイン経路が電源電圧端と出力ノードとの間に形
成されたプルアップトランジスタと、 上記データを入力されるインバータと、上記クロック、
上記インバータの出力信号、及び上記遅延/反転手段の
出力信号を各々ゲートで入力されて上記出力ノードと接
地端との間に直列連結された第4ないし第6NMOSトランジ
スタと、 上記出力ノードの信号を入力されてラッチ及び反転する
ラッチ部とを含んでなることを特徴とするフリップフロ
ップ。
5. A flip-flop of a semiconductor integrated circuit, wherein a clock is input at a gate terminal and a source / drain path is formed between a power supply voltage terminal and a precharge node.
A transistor; delay / inverting means for receiving and delaying a clock to input and invert a signal at an output node; and receiving the clock, data, and an output signal of the delay / inverting means at a gate end, respectively, and A first to third NMOS transistors connected in series between a charge node and a ground terminal, a first and a third NMOS transistor having the data input at a gate terminal and a source / drain path formed between a power supply voltage terminal and the precharge node; A precharge transistor, a second precharge transistor having an output signal of the delay / inversion means input at a gate terminal and a source / drain path formed between a power supply voltage terminal and the precharge node, A signal is input at the gate terminal, and a source-drain path is formed between the power supply voltage terminal and the output node. A transistor, an inverter to which the data is input, the clock,
Fourth to sixth NMOS transistors, each of which receives the output signal of the inverter and the output signal of the delay / inversion means at a gate and is connected in series between the output node and a ground terminal; A flip-flop comprising: a latch section which is inputted, latched and inverted.
【請求項6】 上記遅延/反転手段は、 上記クロックを入力されて遅延させる第1及び 第2イン
バータと、 上記第2インバータの出力信号と上記S-Rラッチ手段から
の第1出力信号を入力される第1NORゲートと、 上記第2インバータの出力信号を反転させるための第3イ
ンバータとを含んでなることを特徴とする請求項5に記
載のフリップフロップ。
6. The delay / inverting means receives first and second inverters for receiving and delaying the clock, an output signal of the second inverter, and a first output signal from the SR latch means. 6. The flip-flop according to claim 5, comprising: a first NOR gate; and a third inverter for inverting an output signal of the second inverter.
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