JP2002076851A - Flip-flop circuit - Google Patents

Flip-flop circuit

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JP2002076851A
JP2002076851A JP2000262042A JP2000262042A JP2002076851A JP 2002076851 A JP2002076851 A JP 2002076851A JP 2000262042 A JP2000262042 A JP 2000262042A JP 2000262042 A JP2000262042 A JP 2000262042A JP 2002076851 A JP2002076851 A JP 2002076851A
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JP
Japan
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data
transmission gate
type transistor
gate
flip
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JP2000262042A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yanagiuchi
弘 柳内
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flip-flop circuit that reduces the total capacity of its clock system so as to suppress power consumption. SOLUTION: Inverters 1, 2 supply a clock ck to master and slave side transmission gates 4, 8 without using a clocked inverter for data latching, and an NMOS transistor(TR) 5 and a PMOS TR 6 whose drain voltage/source voltage is inversely connected to that of a conventional CMOS circuit latch data when the transmission gates 4, 8 are open. Thus, the total capacity of the clock system can be reduced so as to suppress the power consumption.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はフリップフロップ回
路に関し、特にクロック系で消費電力を抑えることがで
きるマスタ・スレーブタイプのフリップフロップ回路に
関する。
The present invention relates to a flip-flop circuit, and more particularly to a master-slave type flip-flop circuit capable of suppressing power consumption in a clock system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の大規模集積回路システムは、高速
化と低消費化が重点になっている。そのシステムの中で
多く使われる回路がフリップフロップ回路である。フリ
ップフロップ回路において、データ系は変移が起こらな
ければ、電力消費は殆どない。これに対して、クロック
系に関しては、システムで停止させない限り、常に動作
しているため、電力の消費はクロック系の総容量に依存
し、高速クロックになるほど全体に占める割合は増加す
る。
2. Description of the Related Art In recent large-scale integrated circuit systems, high speed and low power consumption have been emphasized. A circuit often used in the system is a flip-flop circuit. In the flip-flop circuit, the data system hardly consumes power if no transition occurs. On the other hand, the clock system always operates unless stopped by the system, so that the power consumption depends on the total capacity of the clock system.

【0003】図3は従来から使われているフリップフロ
ップ回路を示す回路図である。このフリップフロップ回
路は、クロックckを入力するインバータ101と、こ
のインバータ101の反転出力を入力するインバータ1
02と、データdを入力するインバータ103と、この
インバータ103の反転出力を入力するトランスミッシ
ョンゲート104と、このトランスミッションゲート1
04の出力を入力するインバータ105と、このインバ
ータ105の出力を入力とし出力をインバータ105の
入力とするクロックド・インバータ106と、インバー
タ105の反転出力を入力するトランスミッションゲー
ト107と、このトランスミッションゲート107の出
力を入力するインバータ108と、このインバータ10
8の出力を入力とし出力をインバータ108の入力とす
るクロックド・インバータ109と、インバータ108
の出力を反転してこのフリップフロップ回路の出力qを
構成するインバータ110とから構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventionally used flip-flop circuit. The flip-flop circuit includes an inverter 101 that inputs a clock ck and an inverter 1 that inputs an inverted output of the inverter 101.
02, an inverter 103 for inputting data d, a transmission gate 104 for inputting an inverted output of the inverter 103, and a transmission gate 1
Inverter 105 receiving the output of the inverter 104, a clocked inverter 106 receiving the output of the inverter 105 and receiving the output of the inverter 105, a transmission gate 107 receiving the inverted output of the inverter 105, and the transmission gate 107 And an inverter 108 for inputting the output of
A clocked inverter 109 whose input is the output of the inverter 108 and whose output is the input of the inverter 108;
And an inverter 110 which inverts the output of the flip-flop circuit to form the output q of the flip-flop circuit.

【0004】トランスミッションゲート104、インバ
ータ105およびクロックド・インバータ106は、マ
スタ側のデータ保持部を構成し、トランスミッションゲ
ート107、インバータ108およびクロックド・イン
バータ109は、スレーブ側のデータ保持部を構成して
いる。
The transmission gate 104, the inverter 105, and the clocked inverter 106 form a data holding unit on the master side, and the transmission gate 107, the inverter 108, and the clocked inverter 109 form a data holding unit on the slave side. ing.

【0005】このように構成される従来のマスタ・スレ
ーブタイプのフリップフロップ回路では、クロックck
がローレベルになると、マスタ側のトランスミッション
ゲート104がオープンになり、インバータ105およ
びクロックド・インバータ106がデータdをラッチす
る。このとき、スレーブ側のトランスミッションゲート
107はクローズとなる。
In the conventional master / slave type flip-flop circuit configured as described above, the clock ck
Becomes low level, the transmission gate 104 on the master side is opened, and the inverter 105 and the clocked inverter 106 latch the data d. At this time, the transmission gate 107 on the slave side is closed.

【0006】次に、クロックckがハイレベルになる
と、マスタ側のトランスミッションゲート104がクロ
ーズし、スレーブ側のトランスミッションゲート107
がオープンとなる。これにより、インバータ105およ
びクロックド・インバータ106でラッチされたデータ
がインバータ108およびクロックド・インバータ10
9でラッチされ、これがインバータ110を介して出力
qより出力される。
Next, when the clock ck goes high, the transmission gate 104 on the master side is closed, and the transmission gate 107 on the slave side is closed.
Is open. As a result, the data latched by inverter 105 and clocked inverter 106 is transferred to inverter 108 and clocked inverter 10.
9 and is output from the output q via the inverter 110.

【0007】このように、マスタ・スレーブタイプのフ
リップフロップ回路は、クロックの1周期の前半でマス
タ側が入力データをラッチし、後半でマスタ側がラッチ
した入力データをラッチして出力するようにしている。
As described above, in the master-slave type flip-flop circuit, the master latches the input data in the first half of one cycle of the clock, and latches and outputs the input data latched by the master in the second half. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】スタンダード・セルの
場合、その当用方法から、マスタ側のトランスミッショ
ンゲートとスレーブ側のトランスミッションゲートとが
同時にオープンしてデータがスルーすることを避けるた
めに、クロックckを2段バッファで受けることが多
い。仮に、カスタム設計を行い、タイミングを合わせた
としても、単相の信号では信頼性が得られず、セル外部
から正/逆相のクロックを供給するなどの方法をとる必
要がある。よって、スタンダード・セルのようなスタテ
ィック回路のフリップフロップは電力削減が難しいとさ
れているという問題点があった。
In the case of a standard cell, the clock ck is used in order to prevent the transmission gate on the master side and the transmission gate on the slave side from being opened at the same time and data from being passed through. Is often received in a two-stage buffer. Even if a custom design is performed and the timing is adjusted, reliability cannot be obtained with a single-phase signal, and it is necessary to take a method of supplying a positive / negative phase clock from outside the cell. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the power of a flip-flop of a static circuit such as a standard cell.

【0009】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、クロック系の総容量を減らして消費電力を抑
えることができるフリップフロップ回路を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a flip-flop circuit capable of reducing the total capacity of a clock system and suppressing power consumption.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マスタ
側およびスレーブ側にそれぞれデータを保持するラッチ
部を備えたフリップフロップ回路において、前記マスタ
側のラッチ部は、クロックによってデータの取り込みを
行う第1のトランスミッションゲートと、基盤の電源側
に第1のN型トランジスタ、基盤のグランド側に第1の
P型トランジスタを配置して前記第1のトランスミッシ
ョンゲートにより取り込んだデータをゲートに受けて保
持する第1のデータ保持回路とを有し、前記スレーブ側
のラッチ部は、前記第1のトランスミッションゲートと
は前記クロックにより相補動作を行う第2のトランスミ
ッションゲートと、基盤の電源側に第2のN型トランジ
スタ、基盤のグランド側に第2のP型トランジスタを配
置して前記第2のトランスミッションゲートにより取り
込んだデータをゲートに受けて保持する第2のデータ保
持回路とを有する、ことを特徴とするフリップフロップ
回路が提供される。
According to the present invention, in a flip-flop circuit having a latch section for holding data on each of a master side and a slave side, the latch section on the master side captures data by a clock. A first transmission gate to be performed, a first N-type transistor on the power supply side of the substrate, and a first P-type transistor on the ground side of the substrate, and the gate receives data captured by the first transmission gate. A first data holding circuit for holding the data, wherein the latch unit on the slave side is a second transmission gate that performs a complementary operation with the first transmission gate by the clock; N-type transistor, a second P-type transistor is arranged on the ground side of the substrate, and the second And a second data holding circuit receiving and holding the data captured by the lance transmission gate to gate, flip-flop circuit is provided, characterized in that.

【0011】上記構成によれば、クロックによって第1
のトランスミッションゲートがオープンになり、第1の
N型トランジスタおよび第1のP型トランジスタのゲー
トにハイレベルのデータdが入力された場合、第1のN
型トランジスタがオン状態になり、第1のN型トランジ
スタおよび第1のP型トランジスタの接続部であるノー
ドがハイレベルになり、このレベルは、第1のトランス
ミッションゲートがクローズになったときにもノードの
電位は論理的に電荷の移動経路がないので、そのままの
ハイレベルの状態で保持される。逆に、第1のN型トラ
ンジスタおよび第1のP型トランジスタのゲートにロー
レベルのデータdが入力された場合には、第1のP型ト
ランジスタがオン状態になり、ノードがローレベルにな
り、このレベルは、第1のトランスミッションゲートが
クローズになったときにもノードの電位は論理的に電荷
の注入経路がないので、そのままのローレベルの状態で
保持される。これにより、データ保持のためのクロック
ド・インバータが不要なため、クロック系の総容量を減
らすことができ、消費電力を抑えることができるように
なる。
According to the above configuration, the first clock is used for the first clock.
Is opened, and high-level data d is input to the gates of the first N-type transistor and the first P-type transistor.
The type transistor is turned on, the node that is the connection between the first N-type transistor and the first P-type transistor goes to a high level, and this level is maintained even when the first transmission gate is closed. Since the potential of the node does not logically have a path for moving charges, it is maintained at a high level as it is. Conversely, when low-level data d is input to the gates of the first N-type transistor and the first P-type transistor, the first P-type transistor is turned on, and the node is set to low level. This level is maintained at the low level state even when the first transmission gate is closed because the node potential has no logical charge injection path. This eliminates the need for a clocked inverter for holding data, so that the total capacity of the clock system can be reduced and power consumption can be reduced.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係るフリップフロップ回路を示した回路図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to the first embodiment of the present invention.

【0013】このフリップフロップ回路は、クロックc
kを入力するインバータ1と、このインバータ1の反転
出力を入力するインバータ2と、データdを入力するイ
ンバータ3と、このインバータ3の反転出力を入力とし
インバータ1,2のクロック出力を入力とするトランス
ミッションゲート4と、このトランスミッションゲート
4の出力を入力としNMOS(N型金属酸化物半導体)
のトランジスタ5およびPMOS(P型金属酸化物半導
体)のトランジスタ6からなるラッチ部と、このラッチ
部の出力を入力とするインバータ7と、このインバータ
7の反転出力を入力としインバータ1,2のクロック出
力を入力とするトランスミッションゲート8と、このト
ランスミッションゲート8の出力を入力としNMOSの
トランジスタ9およびPMOSのトランジスタ10から
なるラッチ部と、このラッチ部の出力を入力とするイン
バータ11と、このインバータ11の出力を反転してこ
のフリップフロップ回路の出力qを構成するインバータ
12とから構成されている。
This flip-flop circuit operates with a clock c
An inverter 1 for inputting k, an inverter 2 for inputting an inverted output of the inverter 1, an inverter 3 for inputting data d, and an inverted output of the inverter 3 as input and clock outputs of the inverters 1 and 2 as input. A transmission gate 4 and an NMOS (N-type metal oxide semiconductor) having the output of the transmission gate 4 as an input
Latch comprising a transistor 5 and a PMOS (P-type metal oxide semiconductor) transistor 6, an inverter 7 receiving an output of the latch, and a clock of the inverters 1 and 2 receiving an inverted output of the inverter 7 as an input. A transmission gate 8 having an output as an input; a latch section comprising an NMOS transistor 9 and a PMOS transistor 10 having an output of the transmission gate 8 as an input; an inverter 11 having an output of the latch section as an input; And an inverter 12 which inverts the output of the flip-flop circuit to form the output q of the flip-flop circuit.

【0014】ここで、トランスミッションゲート4、ト
ランジスタ5,6およびインバータ7は、マスタ側のデ
ータ保持部を構成し、トランスミッションゲート8、ト
ランジスタ9,10およびインバータ11は、スレーブ
側のデータ保持部を構成している。
Here, transmission gate 4, transistors 5, 6 and inverter 7 constitute a master side data holding unit, and transmission gate 8, transistors 9, 10 and inverter 11 constitute a slave side data holding unit. are doing.

【0015】このフリップフロップ回路で特徴的なとこ
ろは、ラッチ部として、データ保持のためのクロックド
・インバータを用いずに、通常のCMOS(相補型金属
酸化物半導体)インバータ回路とはドレイン電圧および
ソース電圧が逆に接続されたNMOS/PMOSトラン
ジスタによって構成していることである。すなわち、通
常のCMOSインバータ回路では、電源端子側にPMO
Sトランジスタを接続し、グランド端子側にNMOSト
ランジスタを接続した構成をしているが、本発明による
フリップフロップ回路のラッチ部では、電源端子側にN
MOSトランジスタを接続し、グランド端子側にPMO
Sトランジスタを接続した構成をしている。
A feature of this flip-flop circuit is that a normal CMOS (complementary metal oxide semiconductor) inverter circuit does not use a clocked inverter for holding data as a latch unit, and has a drain voltage and The source voltage is constituted by NMOS / PMOS transistors connected in reverse. That is, in a normal CMOS inverter circuit, the PMO
Although the S transistor is connected and the NMOS transistor is connected to the ground terminal side, in the latch section of the flip-flop circuit according to the present invention, the N terminal is connected to the power supply terminal side.
Connect a MOS transistor and connect a PMO
It has a configuration in which S transistors are connected.

【0016】次に、このフリップフロップ回路の動作に
ついて説明する。まず、マスタ側のラッチ部に着目し
て、データdがローレベルの場合で、クロックckがロ
ーレベルの場合には、トランスミッションゲート4はオ
ープンとなり、ノードn0はデータdの反転すなわちハ
イレベルとなる。このとき、トランジスタ5,6のゲー
トもハイレベルとなり、トランジスタ5がオン状態にな
る。
Next, the operation of the flip-flop circuit will be described. First, paying attention to the latch section on the master side, when the data d is at the low level and the clock ck is at the low level, the transmission gate 4 is opened, and the node n0 is the inverted of the data d, that is, at the high level. . At this time, the gates of the transistors 5 and 6 are also at a high level, and the transistor 5 is turned on.

【0017】その後、クロックckがハイレベルとな
り、トランスミッションゲート4がクローズされた場
合、ノードn0の電位は論理的に電荷の移動経路がない
ので、そのままの状態であり、よって、トランジスタ5
もオン状態のままで、ハイレベルがデータとして保持さ
れる。
After that, when the clock ck becomes high level and the transmission gate 4 is closed, the potential of the node n0 remains unchanged since there is no logical path for moving electric charges.
Are kept in the ON state, and the high level is held as data.

【0018】このデータdとクロックckの上記条件で
の動作は、スレーブ側のラッチ部も同様である。次に、
データdがハイレベルの場合で、クロックckがローレ
ベルの場合には、トランスミッションゲート4はオープ
ンとなり、ノードn0はデータdの反転すなわちローレ
ベルとなる。このとき、トランジスタ5,6のゲートも
ローレベルとなりトランジスタ6がオン状態になる。
The operation of the data d and the clock ck under the above conditions is the same in the latch section on the slave side. next,
When the data d is at the high level and the clock ck is at the low level, the transmission gate 4 is open, and the node n0 is the inversion of the data d, that is, at the low level. At this time, the gates of the transistors 5 and 6 are also at the low level, and the transistor 6 is turned on.

【0019】その後、クロックckがハイレベルとな
り、トランスミッションゲート4がクローズされた場
合、ノードn0の電位は論理的に電荷の注入経路がない
ので、そのままの状態であり、よって、トランジスタ6
もオン状態のままで、ローレベルがデータとして保持さ
れる。
Thereafter, when the clock ck becomes high level and the transmission gate 4 is closed, the potential of the node n0 remains unchanged because there is no logical charge injection path.
, And the low level is held as data.

【0020】このデータdとクロックckの上記条件で
の動作は、スレーブ側のラッチ部も同様である。このよ
うに、本発明のフリップフロップ回路では、データ保持
のためのクロックド・インバータを用いていないため、
その分、クロック系の総容量を減らすことができ、電力
消費を抑えることができ、しかも、クロック信号の速度
に関係なく電力削減が可能である。
The operation of the data d and the clock ck under the above conditions is the same for the slave latch unit. As described above, the flip-flop circuit of the present invention does not use a clocked inverter for holding data,
Accordingly, the total capacity of the clock system can be reduced, power consumption can be suppressed, and power can be reduced irrespective of the speed of the clock signal.

【0021】しかし、実際には、プロセスのばらつきに
よりトランジスタの電流駆動能力が高くなり、その分、
基盤リーク電流が大きくなることと、加えて動作時の温
度上昇によりトランジスタのしきい電圧(Vth)が低
くなり、わずかな電位の上昇・下降によりCMOS回路
のPMOS/NMOSが同時にオン状態になり、貫通電
流が生じることが容易に考えられる。
However, in practice, the current driving capability of the transistor increases due to process variations, and accordingly,
The threshold voltage (Vth) of the transistor decreases due to the increase in the substrate leakage current and the temperature rise during operation, and the PMOS / NMOS of the CMOS circuit is simultaneously turned on by a slight rise / fall of the potential, It is easily considered that a through current occurs.

【0022】図1のフリップフロップ回路において、こ
れらのことを当てはめて考えると、基盤リーク電流はト
ランジスタが完全にオンの状態が最大となる。もし、ノ
ードn0がハイレベルで、クロックckがハイレベルと
なり、トランスミッションゲート4がクローズされた場
合なら、オンしているのはトランジスタ5であり、基盤
はグランドGNDであるからノードn0の電荷は、トラ
ンジスタ5を介して基盤であるグランドGNDにリーク
していく。同時に、トランジスタ6を介して基盤の電源
VDDから電荷が注入されるが、トランジスタ6はオフ
状態であるから、その能力は低く、電荷のリークの方が
支配的となる。
When these facts are applied to the flip-flop circuit shown in FIG. 1, the substrate leakage current is maximized when the transistor is completely turned on. If the node n0 is at a high level, the clock ck is at a high level, and the transmission gate 4 is closed, the transistor 5 is turned on and the base is the ground GND. It leaks through the transistor 5 to the ground GND which is the base. At the same time, charge is injected from the power supply VDD of the substrate via the transistor 6, but since the transistor 6 is in the off state, its ability is low, and charge leakage is dominant.

【0023】しかし、この状態が続けば、ノードn0の
電位は下がっていく。そうなれば、トランジスタ5のオ
ン状態は徐々に浅くなると同時に、前述の要因からしき
い値Vthの低くなった状態のトランジスタ6は浅いオ
ン状態になる。この状態が進んでいくと、ノードn0に
おいて、トランジスタ5を介して基盤のグランドGND
にリークする電荷とトランジスタ6を介して基盤の電源
VDDから注入される電荷とが等しくなり、ノードn0
は始めの状態のハイレベルよりも低い電位で安定する。
However, if this state continues, the potential of node n0 will decrease. Then, the ON state of the transistor 5 becomes gradually shallower, and at the same time, the transistor 6 in the state where the threshold value Vth becomes lower due to the above-described factor becomes the shallow ON state. As this state progresses, the ground GND of the substrate is connected via the transistor 5 at the node n0.
Is equal to the charge injected from the power supply VDD of the substrate via the transistor 6, and the node n0
Is stabilized at a potential lower than the high level in the initial state.

【0024】また、ノードn0がローレベル状態である
場合においてもまったく逆の工程で、ノードn0は始め
の状態のローレベルよりも高い電位で安定する。これら
の状態遷移は、スレーブ側も同様である。このとき、ノ
ードn0、ノードn1にそれぞれ繋がったインバータ
7,11は、中間的な電位となっており、しきい値Vt
hが低くなる条件がそろっていれば、PMOS/NMO
Sが同時にオン状態になり、貫通電流が生じることにな
る。ただし、トランジスタのしきい値Vthを超える電
位の変化が生じなければ、貫通電流が流れることはな
く、図1のフリップフロップ回路が電力消費において効
果がある場合もある。
Further, even when the node n0 is in the low level state, the node n0 is stabilized at a potential higher than the low level in the initial state in a completely opposite process. These state transitions are the same on the slave side. At this time, the inverters 7 and 11 connected to the nodes n0 and n1, respectively, have intermediate potentials and have a threshold Vt
If the conditions for lowering h are satisfied, the PMOS / NMO
S is turned on at the same time, and a through current is generated. However, if a change in potential exceeding the threshold value Vth of the transistor does not occur, no through current flows, and the flip-flop circuit in FIG. 1 may be effective in power consumption.

【0025】次に、トランジスタのしきい値Vthを超
える電位の変化がある場合の問題を考慮したフリップフ
ロップについて説明する。図2は本発明の第2の実施の
形態に係るフリップフロップ回路を示した回路図であ
る。この図2において、インバータおよびトランスミッ
ションゲートは図1に示した構成と同じであるため、同
じ符号を付してある。
Next, a description will be given of a flip-flop in consideration of a problem when there is a change in potential exceeding a threshold value Vth of a transistor. FIG. 2 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the inverters and the transmission gates are the same as those shown in FIG.

【0026】このフリップフロップ回路において、マス
タ側のラッチ部は、NMOSのトランジスタ21と、P
MOSのトランジスタ22と、NMOSのトランジスタ
23と、PMOSのトランジスタ24とから構成され、
図1に示したラッチ部に比較して、NMOSのトランジ
スタ21とノードn01との間にゲートを基盤のグラン
ドGNDに接続したPMOSのトランジスタ22が配置
され、ノードn01とPMOSのトランジスタ24との
間にゲートを基盤の電源VDDに接続したNMOSのト
ランジスタ23が配置されている。スレーブ側のラッチ
部も同様に、NMOSのトランジスタ25と、PMOS
のトランジスタ26と、NMOSのトランジスタ27
と、PMOSのトランジスタ28とから構成されてい
る。ここで、ノードn01,n11の側に接続されたト
ランジスタ22,23,26,27は、オン抵抗が十分
大きいトランジスタであるとする。
In this flip-flop circuit, the latch section on the master side includes an NMOS transistor 21 and a P-type transistor.
A MOS transistor 22, an NMOS transistor 23, and a PMOS transistor 24;
Compared with the latch unit shown in FIG. 1, a PMOS transistor 22 having a gate connected to the ground GND of the substrate is arranged between the NMOS transistor 21 and the node n01, and between the node n01 and the PMOS transistor 24. An NMOS transistor 23 having a gate connected to the power supply VDD of the substrate is disposed in the power supply. Similarly, the latch section on the slave side also includes an NMOS transistor 25 and a PMOS transistor 25.
Transistor 26 and NMOS transistor 27
And a PMOS transistor 28. Here, it is assumed that the transistors 22, 23, 26, and 27 connected to the nodes n01 and n11 are transistors having sufficiently large on-resistance.

【0027】次に、このフリップフロップ回路の動作に
ついて説明する。まず、マスタ側において、データdが
ローレベルの場合で、クロックckがローレベルの場合
では、トランスミッションゲート4はオープンとなり、
ノードn01はデータdの反転すなわちハイレベルとな
る。このとき、トランジスタ21,24のゲートもハイ
レベルとなり、トランジスタ21がオン状態になる。こ
のとき、ノードn00およびノードn02の電位もハイ
レベルである。
Next, the operation of the flip-flop circuit will be described. First, on the master side, when the data d is at a low level and the clock ck is at a low level, the transmission gate 4 is opened,
The node n01 is the inversion of the data d, that is, goes to the high level. At this time, the gates of the transistors 21 and 24 are also at a high level, and the transistor 21 is turned on. At this time, the potentials of the nodes n00 and n02 are also at the high level.

【0028】その後、クロックckがハイレベルとな
り、トランスミッションゲート4がクローズされた場
合、ノードn00の電荷はトランジスタ21を介して、
基盤であるグランドGNDにリークしていくと考えられ
るが、同時に十分オンした状態のトランジスタ22を介
して基盤の電源VDDから電荷が注入され、ノードn0
0は基盤の電源VDDより若干低いハイレベル状態で安
定する。トランジスタ22のオン抵抗が十分大きいの
で、この電荷の移動はノードn00に関わるトランジス
タ21の基盤のグランドGNDとトランジスタ22の基
盤の電源VDDとの間で起こり、ノードn01には影響
がない。
Thereafter, when the clock ck becomes high level and the transmission gate 4 is closed, the electric charge at the node n00 is transferred through the transistor 21 to
Although it is considered that leakage occurs to the ground GND serving as the substrate, at the same time, charge is injected from the power supply VDD of the substrate via the transistor 22 which is sufficiently turned on, and the node n0
0 is stable in a high level state slightly lower than the power supply VDD of the board. Since the on-resistance of the transistor 22 is sufficiently large, this charge transfer occurs between the ground GND of the base of the transistor 21 related to the node n00 and the power supply VDD of the base of the transistor 22 and has no effect on the node n01.

【0029】また、ノードn02においては、図1の回
路のノードn0で起こる場合と同様な過程で基盤の電源
VDDより低いハイレベル状態で安定するが、トランジ
スタ23のオン抵抗が十分大きいので、この電荷の移動
はノードn02に関わるトランジスタ23の基盤のグラ
ンドGNDとトランジスタ24の基盤の電源VDDとの
間で起こり、ノードn01には影響がない。
The node n02 stabilizes at a high level lower than the power supply VDD of the circuit board in the same process as that occurring at the node n0 of the circuit of FIG. 1, but the ON resistance of the transistor 23 is sufficiently large. The transfer of charge occurs between the ground GND of the base of the transistor 23 related to the node n02 and the power supply VDD of the base of the transistor 24, and has no effect on the node n01.

【0030】したがって、ノードn00、ノードn02
の状態がノードn01に与える影響はなく、ノードn0
1での電位の変化はない。よって、ノードn01はハイ
レベル状態で安定し、データが保持されている。つま
り、プロセスばらつきや動作時の温度上昇などによりト
ランジスタのしきい値Vthが低くなったとしても、イ
ンバータ7において貫通電流の流れることはない。これ
はスレーブ側のノードn10,n11,n12の変化に
ついても全く同様であるし、データdがハイレベルの場
合であっても同様である。
Therefore, the nodes n00 and n02
Has no effect on the node n01.
There is no change in the potential at 1. Therefore, the node n01 is stable in the high level state and holds data. That is, even if the threshold value Vth of the transistor is lowered due to a process variation or a temperature rise during operation, a through current does not flow in the inverter 7. This is exactly the same for the change of the nodes n10, n11 and n12 on the slave side, and is the same even when the data d is at the high level.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、従来か
ら使われているフリップフロップ回路のようなデータ保
持のためのクロックド・インバータを用いず、通常のC
MOS回路とはドレイン電圧/ソース電圧が逆に接続さ
れたNMOS/PMOSによりデータを保持するように
構成にした。これにより、クロック系の総容量を減らす
ことができ、消費電力を抑えることができるようにな
る。同時に、カスタム設計だけでなく、ASIC(Appl
ication Specific Integrated Circuit)設計にも用い
ることができるゲートアレイやスタンダード・セルとし
てセル化することも可能である。
As described above, the present invention does not use a clocked inverter for holding data as in a conventionally used flip-flop circuit, but uses an ordinary C-type inverter.
The configuration is such that data is held by an NMOS / PMOS whose drain voltage / source voltage is connected in reverse to the MOS circuit. As a result, the total capacity of the clock system can be reduced, and power consumption can be suppressed. At the same time, not only custom designs but also ASICs (Appl
(Communication Specific Integrated Circuit) It is also possible to make a cell as a gate array or a standard cell that can be used for design.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るフリップフロ
ップ回路を示した回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係るフリップフロ
ップ回路を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来から使われているフリップフロップ回路を
示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a flip-flop circuit conventionally used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,7,11,12……インバータ、4,8…
…トランスミッションゲート、5,9……NMOSのト
ランジスタ、6,10……PMOSのトランジスタ、2
1,23,25,27……NMOSのトランジスタ、2
2,24,26,28……PMOSのトランジスタ、c
k……クロック、d……データ、q……出力。
1,2,3,7,11,12 ... inverter, 4,8 ...
... Transmission gate, 5,9 ... NMOS transistor, 6,10 ... PMOS transistor, 2
1, 23, 25, 27 ... NMOS transistors, 2
2, 24, 26, 28 ... PMOS transistor, c
k: clock, d: data, q: output.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスタ側およびスレーブ側にそれぞれデ
ータを保持するラッチ部を備えたフリップフロップ回路
において、 前記マスタ側のラッチ部は、クロックによってデータの
取り込みを行う第1のトランスミッションゲートと、基
盤の電源側に第1のN型トランジスタ、基盤のグランド
側に第1のP型トランジスタを配置して前記第1のトラ
ンスミッションゲートにより取り込んだデータをゲート
に受けて保持する第1のデータ保持回路とを有し、 前記スレーブ側のラッチ部は、前記第1のトランスミッ
ションゲートとは前記クロックにより相補動作を行う第
2のトランスミッションゲートと、基盤の電源側に第2
のN型トランジスタ、基盤のグランド側に第2のP型ト
ランジスタを配置して前記第2のトランスミッションゲ
ートにより取り込んだデータをゲートに受けて保持する
第2のデータ保持回路とを有する、 ことを特徴とするフリップフロップ回路。
1. A flip-flop circuit having a latch unit for holding data on each of a master side and a slave side, wherein the latch unit on the master side comprises: a first transmission gate for taking in data by a clock; A first N-type transistor on the power supply side, a first P-type transistor on the ground side of the substrate, and a first data holding circuit for receiving and holding the data received by the first transmission gate at the gate. A latch unit on the slave side, a second transmission gate performing a complementary operation with the first transmission gate by the clock, and a second transmission gate on a power supply side of the substrate.
A second data holding circuit for arranging a second P-type transistor on the ground side of the substrate and receiving and holding the data fetched by the second transmission gate at the gate. Flip-flop circuit.
【請求項2】 マスタ側およびスレーブ側にそれぞれデ
ータを保持するラッチ部を備えたフリップフロップ回路
において、 前記マスタ側のラッチ部は、クロックによってデータの
取り込みを行う第1のトランスミッションゲートと、基
盤の電源側に前記第1のトランスミッションゲートによ
り取り込んだデータをゲートに受ける第1のN型トラン
ジスタおよびゲートを基盤のグランドに接続した第1の
P型トランジスタを直列に接続し、基盤のグランド側に
ゲートを基盤の電源に接続した第2のN型トランジスタ
および前記第1のトランスミッションゲートにより取り
込んだデータをゲートに受ける第2のP型トランジスタ
を直列に接続して前記第1のトランスミッションゲート
により取り込んだデータを保持する第1のデータ保持回
路とを有し、 前記スレーブ側のラッチ部は、前記第1のトランスミッ
ションゲートとは前記クロックにより相補動作を行う第
2のトランスミッションゲートと、基盤の電源側に前記
第2のトランスミッションゲートにより取り込んだデー
タをゲートに受ける第3のN型トランジスタおよびゲー
トを基盤のグランドに接続した第3のP型トランジスタ
を直列に接続し、基盤のグランド側にゲートを基盤の電
源に接続した第4のN型トランジスタおよび前記第1の
トランスミッションゲートにより取り込んだデータをゲ
ートに受ける第4のP型トランジスタを直列に接続して
前記第2のトランスミッションゲートにより取り込んだ
データを保持する第2のデータ保持回路とを有し、 ことを特徴とするフリップフロップ回路。
2. A flip-flop circuit comprising a latch section for holding data on each of a master side and a slave side, wherein the master side latch section includes a first transmission gate for taking in data by a clock, and a base board. A first N-type transistor receiving the data received by the first transmission gate at the gate and a first P-type transistor having the gate connected to the ground of the base are connected in series to the power supply side, and the gate is connected to the ground of the base. Is connected in series to a second N-type transistor connected to the power supply of the substrate and a second P-type transistor receiving at its gate the data received by the first transmission gate, and the data received by the first transmission gate. And a first data holding circuit for holding The slave-side latch unit includes a second transmission gate that performs a complementary operation with the first transmission gate by the clock, and a gate that receives data captured by the second transmission gate on a power supply side of a board. A fourth N-type transistor having a third N-type transistor and a third P-type transistor having a gate connected to the ground of the substrate connected in series, a fourth N-type transistor having a gate connected to the power supply of the substrate on the ground side of the substrate, and A second data holding circuit for connecting in series a fourth P-type transistor that receives data received by the first transmission gate at the gate, and holding the data captured by the second transmission gate; A flip-flop circuit characterized by the following.
【請求項3】 前記第1のP型トランジスタ、第2のN
型トランジスタ、第3のP型トランジスタおよび第4の
N型トランジスタは、オン抵抗が十分に大きいことを特
徴とする請求項2記載のフリップフロップ回路。
3. The first P-type transistor and a second N-type transistor.
3. The flip-flop circuit according to claim 2, wherein the on-resistance of the type transistor, the third P-type transistor, and the fourth N-type transistor is sufficiently large.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005537768A (en) * 2002-08-28 2005-12-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Method for reducing power consumption of state holding circuit, state holding circuit and electronic device

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JP2005537768A (en) * 2002-08-28 2005-12-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Method for reducing power consumption of state holding circuit, state holding circuit and electronic device

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