JP2004214997A - Flip-flop - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flip-flop capable of reducing power consumption and realizing a high-speed operation without depending on a circuit design method. <P>SOLUTION: The flip-flop is provided with a first stage latch 11 for fetching the inputted data when clock signals CK are at a high level and a second stage latch 12 for latching the latch data of the first stage latch. The first stage latch 11 is provided with a presetting part 112 capable of charging electric charges to a first output node H111 and a second output node H112 when the clock signals CK are at a low level and setting them to the high level. In the case that the level of inputted data input signals D and inversion signals Db is not changed, even when the clock signals CK are at the low level, the electric charges are not charged to the first output node H111 and the second output node H112. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップフロップに係り、特に、センスアンプを用いたフリップフロップの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近のLSIはGHzレベルの高速動作や低消費電力動作、またはその両方が要求される。それらLSIにおいて、フリップフロップ回路は、スキャン(scan)モードのためだけでなく、高速化のためのパイプライン制御にも広く用いられている。
そして、フリップフロップはLSIの動作周波数、消費電力を決定する重要な要素の一つとなっている。
【0003】
ところが、高速動作においては、フリップフロップ回路で消費される時間、具体的にはセットアップタイム(set up time)とバリッドディレイ(valid delay)の1クロックサイクルに対する割合が非常に大きく、高速化への大きな障害となっている。また、低消費電力動作においては、フリップフロップ回路はシステムクロック等のクロック信号(同期信号)で動作し、クロック信号系での消費電力はLSI全体の消費電力に対して割合が非常に大きく、低消費化への障害となっている。
【0004】
そこで、現在に至るまでフリップフロップを高速化し、低消費電力化する様々な手法が提案され続けてきた。
この高速動作フリップフロップとして、近年になって発表されたD型フリップフロップに”Sense Amplifier−Based Flip−flop”(たとえば、非特許文献1)。
以下、このD型フリップフロップを「センスアンプ式D型フリップフロップ(SAFF)」と呼ぶ。
【0005】
このセンスアンプ式D型フリップフロップでは、第1段ラッチ(マスタ側ラッチ)にインバータループを応用した差動センスアンプを搭載し、第2段ラッチ(スレイブ側ラッチ)にはRSラッチを搭載し、これを組み合わせてD型フリップフロップを実現している。
【0006】
図42は、従来のセンスアンプ式D型フリップフロップの一構成例を示す回路図である。
このセンスアンプ式D型フリップフロップ1は、図42に示すように、第1段ラッチ(マスタ側ラッチ)2と第2段ラッチ(スレイブ側ラッチ)3とが縦続接続されて構成されている。
【0007】
第1段ラッチ2は、pチャネルMOS(PMOS)トランジスタPT21〜PT24、およびnチャネルMOS(NMOS)トランジスタNT21〜NT26、を有している。
【0008】
PMOSトランジスタPT21〜PT24のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続されている。
PMOSトランジスタPT21,PT22のドレインがNMOSトランジスタNT21のドレインに接続され、その接続点により出力ノードH1が構成されている。そして、出力ノードH1がPMOSトランジスタPT23のゲートおよびNMOSトランジスタNT22のゲートに接続されている。
PMOSトランジスタPT23,PT24のドレインがNMOSトランジスタNT22のドレインに接続され、その接続点により出力ノードH2が構成されている。そして、出力ノードH2がPMOSトランジスタPT22のゲートおよびNMOSトランジスタNT21のゲートに接続されている。
そして、PMOSトランジスタPT21およびPT24のゲートがクロック信号(同期信号)CKの入力ラインに接続されている。
【0009】
NMOSトランジスタNT21のソースはNMOSトランジスタNT23のドレインに接続され、その接続点により中間ノードF1が構成されている。NMOSトランジスタNT22のソースはNMOSトランジスタNT24のドレインに接続され、その接続点により中間ノードF2が構成されている。
NMOSトランジスタNT23およびNMOSトランジスタNT24のソース同士が接続され、その接続点により中間ノードG1が構成されている。この中間ノードG1がNMOSトランジスタNT25のドレインに接続され、NMOSトランジスタNT25のソースが接地電位GNDに接続されている。
そして、ノードF1とF2にNMOSトランジスタNT26のソース、ドレインがそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタNT23のゲートはデータ入力信号Dの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT24のゲートはデータ入力信号Dの反転信号Dbの供給ラインに接続されている。NMOSトランジスタNT25のゲートはクロック信号CKの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT26のゲートは電源電圧VDDの供給ラインに接続されている。
【0010】
また、第2段ラッチ3は、2入力NANDゲートNA31,NA32により構成されている。
NANDゲートNA31の第1入力端子が第1段ラッチ2の出力ノードH1に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA32の出力端子に接続されている。
NANDゲートNA32の第1入力端子が第1段ラッチ2のノードH2に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA31の出力端子に接続されている。
そして、第2段ラッチ3は、NANDゲートNA31からデータQを出力し、NANDゲートNA32から反転データQbを出力する。
【0011】
次に、従来のセンスアンプ式D型フリップフロップ1の動作について、図43のタイミングチャートに関連付けて説明する。
【0012】
このフリップフロップ1は、クロック信号CKの立ち上がりエッジに同期してデータ入力信号Dの値を取り込み、データQおよび反転データQbを出力する。その値はクロック信号CKの1周期間保持される。
【0013】
クロック信号CKがローレベル(論理0レベル)の期間において、PMOSトランジスタPT21,PT24がオンになり、NMOSトランジスタNT25はカットオフになる。
【0014】
クロック信号CKがローレベルの期間においては、PMOSトランジスタPT21,PT24は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通してノードH1、H2は、図43(A),(C),(E)に示すように、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
そして、PMOSトランジスタPT22,PT23は、カットオフになる。NMOSトランジスタNT21,NT22はゲート端子とドレイン端子が同電位になるため等価的にダイオードとして振る舞う。
したがって、電源電圧をVDD〔V〕、NMOSトランジスタのしきい値をVtnとすれば、このときのノードF1,F2の電位は、図43(D)および(F)に示すように、(VDD−Vtn)〔V〕になると見積もることができる。すなわち、出力ノードH1,H2側から中間ノードF1,F2に対して電荷が流れる。
【0015】
上述したように、クロック信号CKがローレベルのときは、第1段ラッチ2の出力ノードH1、H2は共に論理1のハイレベルであり、これは第2段ラッチ3のNAND−RSラッチを保持モードとして動作させる。
【0016】
クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT21,PT24がカットオフになり、NMOSトランジスタNT25がオンになり、センスアンプが作動する。
データ入力信号Dとその反転信号Ddの状態によって、NMOSトランジスタNT23およびNMOSトランジスタNT24のいずれか一つのがカットオフになっている。
したがって、中間ノードF1、F2が接地に対して持つそれぞれの導通抵抗に差が生じる。
【0017】
たとえば、NMOSトランジスタNT24がカットオフしていると仮定すると、中間ノードF1が接地に対して持つ導通抵抗はNMOSトランジスタNT23とNMOSトランジスタNT25の抵抗値の和であるのに対し、中間ノードF2の場合には、NMOSトランジスタNT26とNMOSトランジスタNT23とNMOSトランジスタNT25の抵抗値の和になる。
このような導通抵抗の差は、出力ノードH1,H2上の電荷の放電速度に現れる。先の例では、ノードF1が接地に対して持つ導通抵抗の方が小さいため、ノードH1の電荷がより素早く放電される。このとき、ノードH2上の電荷も放電される。
しかし、出力ノードH1の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT23がオン、NMOSトランジスタNT22がカットオフになり、下がりかけたノードH2の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得る。
【0018】
このようにして、PMOSトランジスタPT22,PT23、およびNMOSトランジスタNT21,NT22から構成されるインバータループに定常状態が確立される。
この後、データ入力信号Dおよびその反転信号Ddが変化して、カットオフになるトランジスタがNMOSトランジスタNT24からNMOSトランジスタNT23に変化したとしても、この定常状態は壊されることがない。
なぜなら、NMOSトランジスタNT23、NT24のいずれか一つは常にオンになっていて、NMOSトランジスタNT26を介することによって、中間ノードF1,F2の双方が常に接地へ至る経路を持つが故に、インバータループは常に接地に接続されるからである。
【0019】
このようにして、図43(A),(C),(E)に示すように、クロック信号がハイレベルの期間において第1段ラッチ2の出力ノードH、H2のどちらか一つが論理0になる。
これを受けて、第2段ラッチ3のRSラッチは、セットあるいはリセットされ、入力データに応じた値が出力Q,Qdに現れる。
【0020】
【非特許文献1】
J.Montanaro,et al.,”A 160MHz 32b 0.5W CMOS RlSC Microprocessor,”ISSCC Digest of Technical Papers,pp.214−215,Feb.,1996.
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のセンスアンプ式D型フリップフロップ1は、データパス回路のような相補入力、相補出力の回路構成において最大限の利点が活かせるが、ASICのようなランダムロジック回路には適さない。
回路手法全てを考慮した場合、前述のセンスアンプ式D型フリップフロップ1には次のような課題がある。
【0022】
第1に入力で、データ入力信号Dまたはその反転信号Dbの片方のみの信号入力とすれば、センスアンプ式D型フリップフロップ1は、高速動作可能な最大の要因であるセットアップタイムが短いという利点が損なわれる。
【0023】
次に出力で、図42において、出力QおよびQbは互いのNANDゲートNA31,NA32の入力と接続されているが、出力信号配線がクロストーク等の影響を受けた場合、値が変化しそのまま保持されてしまう恐れがある。
これを解消するためには、図44に示すように、NANDゲートNA31,NA32の出力側にインバータINV31,INV32を設けることが考えられるが、単にインバータを設けただけでは、バリッドディレイが長くなる。
【0024】
最後に、第1段ラッチ2の各ノードにおける電荷の充放電である。図42の各ノードH1,H2,F1,F2,G1においては、データ入力信号Dおよびその反転信号Dbの論理レベルの変化に関係なく、毎クロック電荷の充電が行われる。
たとえば、データ入力信号Dがハイレベルの場合は、H1,F1,F2,G1の各ノードの電荷が放電され、反転信号Fbがハイレベルの場合は、H2,F1,F2,G1の各ノードの電荷が放電される。
電荷の充電時間がセットアップタイムを、放電時間がバリッドディレイを左右する要因のひとつであるし、クロック信号による消費電力増加の要因のひとつでもある。
以上の理由から、前述したセンスアンプ式D型フリップフロップ1は回路設計手法に依存し、高速動作の利点を失う。
【0025】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路設計手法に依存することなく、消費電力の削減を図れ、高速動作を実現できるフリップフロップを提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点は、第1および第2の電位レベルをとる同期信号が第2の電位レベルのときに入力されるデータの取り込みを行う第1段ラッチと、上記第1段ラッチのラッチデータをラッチする第2段ラッチとを含むフリップフロップであって、上記第1段ラッチは、第1の出力ノードと、第2の出力ノードと、第1の中間ノードと、第2の中間ノードと、第3の中間ノードと、上記同期信号が第1の電位レベルのときに上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードに電荷を充電して第2の電位レベルに設定可能なプリ設定手段と、上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第1のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第2のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第3のスイッチング手段と、上記第2の出力ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続され、上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第4のスイッチング手段と、上記第1の中間ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、データ入力信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第5のスイッチング手段と、上記第2の中間ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第6のスイッチング手段と、上記第3の中間ノードと基準電位との間に接続され、上記同期信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第7のスイッチング手段と、抵抗成分を含み、上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードを接続する接続手段と、を有し、上記プリ設定手段は、入力される上記データ入力信号および反転信号のレベルが変化しない場合には、上記同期信号が第1の電位レベルであっても、上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードへの電荷の充電を行わない。
【0027】
好適には、上記第2段ラッチは、上記第1の電位レベルと上記第2の電位レベルを相補的にとる正転データと反転データを第1のノードおよび第2のノードに保持し、上記プリ設定手段は、上記同期信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第8および第9のスイッチング素子と、上記データ入力信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10および第11のスイッチング素子と、上記データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第12および第13のスイッチング素子と、上記第2段ラッチの第1のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第14および第15のスイッチング素子と、上記第2段ラッチの第2のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第16および第17のスイッチング素子と、上記データ入力信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第18のスイッチング素子と、上記データ入力信号の反転信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第19のスイッチング素子と、上記第2段ラッチの第1のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第20のスイッチング素子と、上記第2段ラッチの第2のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第21のスイッチング素子と、を有し、上記第1の出力ノードに上記第8のスイッチング素子が接続され、当該第8のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第10および第16のスイッチング素子が直列に接続され、上記第12および第14のスイッチング素子が上記第8のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第10および第16のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第1の出力ノードと基準電位との間に上記第18および第20のスイッチング素子が直列に接続され、上記第2の出力ノードに上記第9のスイッチング素子が接続され、当該第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第13および第15のスイッチング素子が直列に接続され、上記第11および第17のスイッチング素子が上記第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第13および第15のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第2の出力ノードと基準電位との間に上記第19および第21のスイッチング素子が直列に接続されている。
【0028】
本発明の第2の観点は、第1および第2の電位レベルをとる同期信号が第2の電位レベルのときに入力されるデータの取り込みを行う第1段ラッチと、上記第1段ラッチのラッチデータをラッチする第2段ラッチとを含むフリップフロップであって、上記第1段ラッチは、第1の出力ノードと、第2の出力ノードと、上記第1の出力ノードと基準電位間の第1の信号経路に当該基準電位に向かって順に形成される第1および第2の中間ノードと、上記第2の出力ノードと上記基準電位間の第2の信号経路に当該基準電位に向かって順に形成される第3および第4の中間ノードと、同期信号が第1の電位レベルのときに上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードを第2の電位レベルに設定するプリ設定手段と、上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第1のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第2のスイッチング手段と、上記同期信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第3および第4のスイッチング手段と、データ入力信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第5のスイッチング手段と、上記データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第6のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第7のスイッチング手段と、上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第8のスイッチング手段と、を有し、上記第3、第5、および第7のスイッチング手段は、上記第1の信号経路に直列に接続され、少なくとも上記第3のスイッチング手段は、上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間、または上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続され、上記第4、第6、および第8のスイッチング手段は、上記第2の信号経路に直列に接続され、少なくとも上記第4のスイッチング手段は、上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間、または上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続され、上記プリ設定手段は、入力される上記データ入力信号および反転信号のレベルが変化しない場合には、上記同期信号が第1の電位レベルであっても、上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードへの電荷の充電を行わない。
【0029】
本発明では、上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第5のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第6のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第3の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する。
【0030】
また、本発明では、上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第4の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する。
【0031】
また、本発明では、上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第3の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する。
【0032】
また、本発明では、上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する。
【0033】
また、本発明では、上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、抵抗成分を含み、上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続する接続手段を、有する。
【0034】
また、本発明では、上記第5のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第3のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第6のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する。
【0035】
また、本発明では、上記第5のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第3のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第6のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、上記第1段ラッチは、さらに、抵抗成分を含み、上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続する接続手段を、有する。
【0036】
好適には、上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む。
【0037】
好適には、上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む。
【0038】
本発明によれば、たとえば同期信号が第1の電位レベルの期間において、第3および第4のスイッチング手段は非導通状態となる。
そして、入力されるデータ信号のレベルに変化がある場合、換言すれば、第2段ラッチ第1のノードのレベルとデータ入力信号のレベル、並びに第2段ラッチ第2のノードのレベルとデータ入力信号の反転信号のレベルが異なるとき、プリ設定手段により、同期信号が第1の電位レベルの期間において、第1および第2の出力ノードに対して電荷の充電が行われ、第1および第2の出力ノードが論理1の第2の電位レベルにプリチャージされる。
このとき、第3および第4のスイッチング手段は非導通状態となっていることから、第1の中間および第3の中間には電荷の充電は行われない。
一方、第1および第2のスイッチング素子を除く他のスイッチング素子スイッチング素子は。第1の出力ノードおよび第2の出力ノードがハイレベルのプリチャージされたことに伴い導通する。
その結果、データ入力信号、反転信号の状態に関係なく、第1よおび第2の中間ノードは各対応するスイッチング素子を通して電荷が放電されて第1の電位レベルとなる。
したがって、同期信号が第1の電位レベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードおよび第2の出力ノードに対してのみ行われる。
次に、同期信号がハイレベルになると、プリ設定手段によるプリチャージが停止され、第3および第4のスイッチング手段は導通状態となる。
ここで、たとえばデータ入力信号Dが第2の電位レベルで第5のスイッチング素子に、その反転信号Dbが第1の電位レベルで第6のスイッチング素子に供給されると、第5のスイッチング素子が導通する。このとき、第6のスイッチング素子は非導通状態のままである。
その結果、第1の信号経路は第1の出力ノードから接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードに充電された電荷は、各スイッチング素子を通して放電される。これにより、第1の出力ノードは第1の電位レベルとなり、第2段ラッチから所定レベルのデータが出力される。
【0039】
そして、入力されるデータ信号のレベルに変化がない場合、換言すれば、第2段ラッチ第1のノードのレベルとデータ入力信号のレベル、並びに第2段ラッチ第2のノードのレベルとデータ入力信号の反転信号のレベルが同じであるときは、同期信号が第1の電位レベルの期間においても、プリ設定手段による第1および第2の出力ノードに対して電荷の充電が行われない。
【0040】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第1の実施形態を示す回路図である。
【0041】
このセンスアンプ式D型フリップフロップ10は、図1に示すように、第1段ラッチ11と第2段ラッチ12とが縦続接続されて構成されている。
なお、以下の説明では、第1の電位を接地電位(0V)レベル、第2の電位を電源電圧VDDレベルとする。
【0042】
第1段ラッチ11は、PMOSトランジスタPT111〜PT122、NMOSトランジスタNT111〜NT120、第1の出力ノードH111、第2の出力ノードH112、第1の中間ノードF111、第2の中間ノードF112、および第3の中間ノードG111を有している。
この場合、PMOSトランジスタPT112より第1のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT113より第2のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT111により第3のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT112により第4のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT113により第5のスイッチング手段が構成され、NMOSトランジスタNT114により第6のスイッチング手段が構成され、NMOSトランジスタNT115により第7のスイッチング手段が構成される。また、NMOSトランジスタNT116により接続手段が構成される。
【0043】
また、PMOSトランジスタPT112,PT113、およびNMOSトランジスタNT111〜NT116によりラッチ部111が構成されている。
また、PMOSトランジスタPT111,PT114〜PT122、およびNMOSトランジスタNT117〜NT120にプリ設定部112が構成されている。
そして、PMOSトランジスタPT111により第8のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT114により第9のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT115により第16のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT116により第15のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT117により第10のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT118により第13のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT119により第14のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT120により第17のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT121により第12のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT122により第11のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT117により第18のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT118により第19のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT119により第20のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT120により第21のスイッチング素子が構成されている。
【0044】
PMOSトランジスタPT112,PT113、PT117、PT118、PT121、およびPT122のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続されている。
PMOSトランジスタPT111,PT112のドレインがNMOSトランジスタNT111およびNMOSトランジスタNT117のドレインに接続され、その接続点により第1の出力ノードH111が構成されている。そして、第1の出力ノードH111がPMOSトランジスタPT113のゲートおよびNMOSトランジスタNT112のゲートに接続されている。
PMOSトランジスタPT113,PT114のドレインがNMOSトランジスタNT112およびNMOSトランジスタNT118のドレインに接続され、その接続点により第2の出力ノードH112が構成されている。そして、第2の出力ノードH112がPMOSトランジスタPT112のゲートおよびNMOSトランジスタNT111のゲートに接続されている。
そして、PMOSトランジスタPT111およびPT114のゲートがクロック信号CKの入力ラインに接続されている。
【0045】
ラッチ部111において、NMOSトランジスタNT111のソースはNMOSトランジスタNT113のドレインに接続され、その接続点により第1の中間ノードF111が構成されている。NMOSトランジスタNT112のソースはNMOSトランジスタNT114のドレインに接続され、その接続点により第2の中間ノードF112が構成されている。
NMOSトランジスタNT113およびNMOSトランジスタNT114のソース同士が接続され、その接続点により第3の中間ノードG111が構成されている。この第3の中間ノードG111がNMOSトランジスタNT115のドレインに接続され、NMOSトランジスタNT115のソースが接地電位GNDに接続されている。
そして、第1の中間ノードF111と第2の中間ノードF112にNMOSトランジスタNT116のソース、ドレインがそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタNT113のゲートはデータ入力信号Dの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT114のゲートはデータ入力信号Dの反転信号Dbの供給ラインに接続されている。NMOSトランジスタNT115のゲートはクロック信号CKの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタ1T216のゲートは電源電圧VDDの供給ラインに接続されている。
【0046】
プリ設定部112において、PMOSトランジスタPT111のソースがPMOSトランジスタPT115,PT119のドレインに接続されている。PMOSトランジスタPT115のソースがPMOSトランジスタPT117のドレインに接続され、PMOSトランジスタPT119のソースがPMOSトランジスタPT121のドレインに接続されている。
NMOSトランジスタNT117のソースがNMOSトランジスタNT119のソースに接続され、NMOSトランジスタNT119のソースが接地電位GNDに接続されている。
PMOSトランジスタPT114のソースがPMOSトランジスタPT116,PT120のドレインに接続されている。PMOSトランジスタPT116のソースがPMOSトランジスタPT118のドレインに接続され、PMOSトランジスタPT120のソースがPMOSトランジスタPT122のドレインに接続されている。
NMOSトランジスタNT118のソースがNMOSトランジスタNT120のソースに接続され、NMOSトランジスタNT120のソースが接地電位GNDに接続されている。
そして、PMOSトランジスタPT117,PT122、およびNMOSトランジスタNT117のゲートがデータ入力信号Dの供給ラインに接続されている。PMOSトランジスタPT118,PT121、およびNMOSトランジスタNT118のゲートがデータ入力信号Dの反転信号Dbの供給ラインに接続されている。
PMOSトランジスタPT115,PT120、およびNMOSトランジスタNT120のゲートが第2段ラッチ12のNANDゲートNA122に出力端子(ノードI122:本実施形態では、反転データQbの出力ライン)に接続されている。また、PMOSトランジスタPT116,PT119、およびNMOSトランジスタNT119のゲートが第2段ラッチ12のNANDゲートNA121に出力端子(ノードI121:本実施形態では、データQの出力ライン)に接続されている。
【0047】
また、第2段ラッチ12は、2入力NANDゲートNA121および〜NA122により構成されている。
NANDゲートNA121の第1入力端子が第1段ラッチ11の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122の出力端子(ノードI122)に接続されている。
NANDゲートNA122の第1入力端子が第1段ラッチ11の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121の出力端子(ノードI121)に接続されている。
【0048】
次に、図1のセンスアンプ式D型フリップフロップ10の動作について、図2のタイミングチャートに関連付けて説明する。以下の説明では、第1の電位レベル(接地電位)をローレベル、第2の電位レベル(電源電圧VDDレベル)ハイレベルとする。
【0049】
このフリップフロップ10は、クロック信号CKの立ち上がりエッジに同期してデータ入力信号Dの値を取り込み、データQおよび反転データQbを出力する。その値はクロック信号CKの1周期間保持される。
【0050】
ここでたとえば、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給される場合の全体動作について説明する。
【0051】
クロック信号(同期信号)CKがローレベル(論理0レベル)の期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT115はカットオフになる。
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、図2(A),(C),(E)に示すように、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
そして、PMOSトランジスタPT112,PT113は、カットオフになる。NMOSトランジスタNT111,NT112はゲート端子とドレイン端子が同電位になるため等価的にダイオードとして振る舞う。
したがって、電源電圧をVDD〔V〕、NMOSトランジスタのしきい値をVthnとすれば、このときの第1の中間ノードF111および第2の中間ノードF112の電位は、図2(D),(F)に示すように、(VDD−Vthn)〔V〕になると見積もることができる。
【0052】
クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がカットオフになり、NMOSトランジスタNT115がオンになり、ラッチ部(センスアンプ)111が作動する。
また、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Ddがローレベルにあることから、NMOSトランジスタNT113がオンになり、NMOSトランジスタNT214がカットオフになっている。
したがって、第1の中間ノードF111と第2の中間ノードF112が接地に対して持つそれぞれの導通抵抗に差が生じる。
【0053】
この場合、NMOSトランジスタNT114がカットオフしていることから、第1の中間ノードF111が接地に対して持つ導通抵抗はNMOSトランジスタNT113とNMOSトランジスタNT115の抵抗値の和であるのに対し、第2の中間ノードF112の場合には、NMOSトランジスタNT116とNMOSトランジスタNT113とNMOSトランジスタNT115の抵抗値の和になる。
このような導通抵抗の差は、第1の出力ノードH111,第2の出力ノードH112上の電荷の放電速度に現れる。この場合、第1の中間ノードF111が接地に対して持つ導通抵抗の方が小さいため、図2(C)に示すように、第1の出力ノードH111の電荷がより素早く放電される。このとき、図2(E)に示すように、第2の出力ノードH112上の電荷も放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT113がオン、NMOSトランジスタNT112がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得る。
【0054】
このようにして、PMOSトランジスタPT112,PT113、およびNMOSトランジスタNT111,NT112から構成されるインバータループに定常状態が確立される。
この後、データ入力信号Dおよびその反転信号Ddが変化して、カットオフになるトランジスタがNMOSトランジスタNT114からNMOSトランジスタNT113に変化したとしても、この定常状態は壊されることがない。
なぜなら、NMOSトランジスタNT113、NT114のいずれか一つは常にオンになっていて、NMOSトランジスタNT116を介することによって、中間ノードF111,F112の双方が常に接地へ至る経路を持つが故に、インバータループは常に接地に接続されるからである。
【0055】
このようにして、図2(A),(C),(E)に示すように、クロック信号CKがハイレベルの期間において第1段ラッチ21の第1の出力ノードH111がローレベル、第2の出力ノードH112がハイレベルとなる。
【0056】
データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであり、第1の出力ノードH111はローレベルとなることから、図20(H)に示すように、速やかに第2段ラッチ12のNANDゲートNA111よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA112の出力データQbがローレベルとなる。
【0057】
以下では前提条件として、この第2段ラッチ12による出力データQがハイレベルに保持され、出力反転データQbがローレベルに保持されているものとする。
つまり、第1の出力ノードH111がローレベルで、第2の出力データH112がハイレベルであるものとして、第1〜第10の状態に分けてプリ設定部112の動作を中心に説明する。
【0058】
この条件下において、まず第1の状態として、クロック信号(同期信号)CKがローレベル(論理0レベル)、データ入力信号Dがハイレベル、反転信号Dbがローレベルのとき、各トランジスタは次のようになる。
すなわち、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT115はカットオフになる。
また、出力データQがハイレベルに保持され、出力反転データQbがローレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオフになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオンになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンに、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフに保持される。
【0059】
したがって、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンであるが、第1の出力ノーH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ラインに非接続状態となり、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対する電荷の電荷の充電は起こらない。
そして、NMOSトランジスタNT117,NT19がオン状態にあることから、第1の出力ノードH111は接地電位GNDに電気的に接続され、電荷が放電され、ローレベルのままに保持される。
このときラッチ部111のPMOSトランジスタPT113はオン状態にあり、第2の出力ノードH112はハイレベルとなるが、PMOSトランジスタPT114はオン、PMOSトランジスタPT116はオフ、PMOSトランジスタPT118はオン、PMOSトランジスタPT120がオン、PMOSトランジスタPT122はオフ、NMOSトランジスタNT118,NT120はオフの各状態にあることから、クロック信号CKがローレベルの期間の電荷の充電は起こらず、ローレベルのドライブも存在しない。したがって、第2の出力ノードH112はPMOSトランジスタPT113によりハイレベルに保持される。
この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルに変化は無い。
【0060】
第1の状態から、クロック信号CKがハイレベルに変化した第2の状態の場合、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT115がオンになるだけで、各ノードのレベル変化はない。
【0061】
第2の状態から、データ入力信号Dがローレベル、その反転信号Dbがハイレベルに変化した第3の状態の場合、第1および第2の状態で第1の出力ノードH111はローレベル、PMOSトランジスタPT113はオン状態は、第2の出力ノードH112はハイレベル、NMOSトランジスタNT111はオン状態で相補的に安定している。
そして、第1の出力ノードH111をローレベルにドライブするパスが、NMOSトランジスタNT111→第1の中間ノードF111→NMOSトランジスタNT112→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタ115から、NMOSトランジスタNT111→第1の中間ノードF111→NMOSトランジスタNT116→第2の中間ノードF112→NMOSトランジスタNT114→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタ115へと変化しただけで、各ノードのレベル変化はない。
【0062】
第3の状態から、クロック信号CKがローレベルに変化した第4の状態の場合、PMOSトランジスタPT111がオン、PMOSトランジスタPT114がオン、NMOSトランジスタNT115がオフとなる。
このとき既に、PMOSトランジスタPT115はオン、PMOSトランジスタPT117はオン、PMOSトランジスタPT120はオン、PMOSトランジスタPT122はオン、NMOSトランジスタNT117はオフ、NMOSトランジスタNT119はオン、NMOSトランジスタNT118はオン、NMOSトランジスタNT120はオフの各状態であることから、クロック信号CKがローレベルの期間の上述した電荷の充電が起こり、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は共にハイレベルとなる。
しかし、この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルに変化は無い。
【0063】
第4の状態から、クロック信号CKがハイレベルに変化した第5の状態の場合、PMOSトランジスタPT111がオフ、PMOSトランジスタPT114がオフ、NMOSトランジスタNT115がオンとなり、NMOSトランジスタNT112→第2の中間ノードF112→NMOSトランジスタNT114→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタNT115のパスで第2の出力ノードH112がローレベルにドライブされる。
このとき、第1の出力ノードH111は、PMOSトランジスタPT112にハイレベルに維持される。
この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルは、データQがローレベル、データQbがハイレベルへと変化し、保持される。
【0064】
第5の状態から、クロックCKがローレベルに変化した第6の状態の場合は、第1の状態の全く逆の状態である。
この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルに変化は無い。
【0065】
第6の状態から、クロック信号CKがハイレベルに変化した第7の状態の場合は、第2の状態の全く逆の状態であり、PMOSトランジスタPT111がオフに、PMOSトランジスタPT114がオフに、NMOSトランジスタNT115がオンになるだけで、各ノードの変化はない。
【0066】
第7の状態から、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルに変化した第8の状態の場合は、第3の状態の全く逆の状態であり、第6および第7の状態で第2の出力ノードH112はローレベル、PMOSトランジスタPT112はオン状態、第1の出力ノードH112はハイレベル、NMOSトランジスタNT112はオン状態で相補的に安定している。
そして、第2の出力ノードH112をローレベルにドライブするパスが、NMOSトランジスタNT112→第2の中間ノードF112→NMOSトランジスタNT114→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタ115から、NMOSトランジスタNT112→第2の中間ノードF112→NMOSトランジスタNT116→第1の中間ノードF111→NMOSトランジスタNT113→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタ115へと変化しただけで、各ノードのレベル変化はない。
【0067】
第8の状態から、クロック信号CKがローレベルに変化した第9の状態の場合は、第4の状態の全く逆の状態であり、PMOSトランジスタPT111がオンに、PMOSトランジスタPT114がオンに、NMOSトランジスタNT115がオフになり、このとき既に、PMOSトランジスタPT119はオン、PMOSトランジスタPT121はオン、PMOSトランジスタPT116はオン、PMOSトランジスタPT118がオン、NMOSトランジスタNT117はオン、NMOSトランジスタNT119はオフ、NMOSトランジスタNT118はオフに、NMOSトランジスタNT120はオンの各状態であることから、上述した電荷の充電が起こり、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は共にハイレベルとなる。
しかし、この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルに変化は無い。
【0068】
第9の状態から、クロック信号がハイレベルに変化した第10の状態の場合は、第5の状態の全く逆の状態であり、PMOSトランジスタPT111がオフに、PMOSトランジスタPT114がオフに、NMOSトランジスタNT115がオンになり、第1の出力ノードH111がNMOSトランジスタNT111→第1の中間ノードF111→NMOSトランジスタNT113→第3の中間ノードG111→NMOSトランジスタNT115のパスでローレベルにドライブされる。
第2の出力ノードH112は、PMOSトランジスタPT113によりハイレベルに維持される。
この場合、第2段ラッチ12の出力データQおよびQbのレベルは、データQがハイレベル、データQbがローレベルへと変化し、保持される。
【0069】
次に第10の状態から、クロック信号CKがローレベルに変化した状態は、第1の状態に他ならない。
【0070】
以上のように、本第1の実施形態によれば、入力されるデータ信号が変化しない場合(第1段ラッチへの入力信号と第2段ラッチの出力信号とのレベルが一致している場合)は、クロック信号による第1段での電荷の充電は行わないので、クロック系消費電力を大幅に低減することが可能である。
【0071】
第2実施形態
図3は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第2の実施形態を示す回路図である。
【0072】
本第2の実施形態が上述した第1の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−1のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−1,INV122−1を配置したことにある。
【0073】
その他の構成は、上述した第1の実施形態と同様である。
【0074】
第2の実施形態によれば、消費電力の削減することができ、しかもクロストーク等の影響を抑止できる利点がある。
【0075】
第3実施形態
図4は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第3の実施形態を示す回路図である。
【0076】
本第3の実施形態が上述した第1の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−2において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0077】
具体的には、第2段ラッチ12−2を4つの2入力NANDゲートNA121−2〜NA124−2により構成している。
NANDゲートNA121−2の第1入力端子が第1段ラッチ11の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−2の出力端子およびNANDゲートNA124−2の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−2が構成されている。
NANDゲートNA122−2の第1入力端子が第1段ラッチ11の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−2の出力端子およびNANDゲートNA123−2の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−2が構成されている。
NANDゲートNA123−1の第2入力端子が第1段ラッチ11の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−2の第2入力端子が第1段ラッチ11の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−2は、NANDゲートNA124−2からデータQを出力し、NANDゲートNA123−2から反転データQbを出力する。
【0078】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−2のNANDゲートNA124−2よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−2の出力データQbがNANDゲートNA121−2を介してローレベルとなる。
【0079】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0080】
本第3の実施形態によれば、第2段ラッチ12−2において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第1の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0081】
第4実施形態
図5は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第4の実施形態を示す回路図である。
【0082】
本第4の実施形態が上述した第1の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−3の回路構成にある。
【0083】
具体的には、第2段ラッチ12−3は、図5に示すように、インバータINV121−3〜INV124−3、PMOSトランジスタPT123−3、およびNMOSトランジスタNT121−3を有している。
【0084】
PMOSトランジスタPT123−3のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−3のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−3が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−3のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−3の入力端子が第1段ラッチ11の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−3のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−3の出力端子とNMOSトランジスタNT121−3のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−3がインバータINV122−3およびINV123−3の入力端子およびインバータINV124−3の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−3の出力端子とインバータINV124−3の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−3が構成されている。これらインバータINV123−3とINV124−3によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−3は、インバータINV122−3の出力端子からデータQを出力する。
【0085】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−3のインバータINV121−3の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−3がオンし、PMOSトランジスタPT123−3がオフし、ノードJ121−3が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−3よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−3のデータは、インバータINV123−3とINV124−3のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0086】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0087】
本第4の実施形態によれば、第2段ラッチ12−3において、前段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第1の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0088】
第5実施形態
図6は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第5の実施形態を示す回路図である。
【0089】
本第5の実施形態が上述した第4の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−4を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−4をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(Clocked Inverter)により構成したことにある。
【0090】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−4のインバータINV121−3の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT123−3がオンし、PMOSトランジスタPT123−3がオフし、ノードJ121−3が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−4はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−3よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−3がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−3よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−3のデータは、インバータINV123−3とINV124−4のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0091】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0092】
本第5の実施形態によれば、第4の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0093】
第6実施形態
図7は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第6の実施形態を示す回路図である。
【0094】
本第6の実施形態が上述した第1の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−5のラッチ部200の構成にある。
【0095】
具体的には、本第7の実施形態に係る第1段ラッチ11−5のラッチ部200は、PMOSトランジスタPT212,PT213、NMOSトランジスタNT211〜NT218、第1の出力ノードH211、第2の出力ノードH212、第1の中間ノードF211、第2の中間ノードG211、第3の中間ノードF212、および第4の中間ノードG212を有している。
【0096】
これらの構成要素のうち、PMOSトランジスタPT212により第1のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT213により第2のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT211により第3のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT215により第4のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT212により第5のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT216により第6のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT213により第7のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT217により第8のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT214により第9のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT218により第10のスイッチング素子が構成されている。
【0097】
そして、PMOSトランジスタPT111により第9のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT114により第10のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT115により第17のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT116により第16のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT117により第11のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT118により第14のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT119により第15のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT120により第18のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT121により第13のスイッチング素子が構成され、PMOSトランジスタPT122により第12のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT117により第19のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT118により第20のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT119により第21のスイッチング素子が構成され、NMOSトランジスタNT120により第22のスイッチング素子が構成されている。
【0098】
ラッチ部200において、PMOSトランジスタPT212,PT213のソースが電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に接続されている。PMOSトランジスタPT212のドレインがNMOSトランジスタNT211のドレインおよび第1の出力ノードH111に接続されている。
そして、第1の出力ノードH111がPMOSトランジスタPT213のゲートおよびNMOSトランジスタNT217,218のゲートに接続されている。
PMOSトランジスタPT213のドレインがNMOSトランジスタNT215のドレインおよび第2の出力ノードH112に接続されている。そして、第2の出力ノードH112がPMOSトランジスタPT212のゲートおよびNMOSトランジスタNT213,NT214のゲートに接続されている。
そして、NMOSトランジスタNT211,NT215のゲートが第1の電位レベル(接地レベル)および第2の電位レベル(電源電圧VDDレベル)をとるクロック信号(同期信号)CKの入力ラインに接続されている。
【0099】
NMOSトランジスタNT211のソースはNMOSトランジスタNT212のドレインに接続され、その接続点により第1の中間ノードF211が構成されている。NMOSトランジスタNT212のソースはNMOSトランジスタNT213のドレインに接続され、その接続点により第2の中間ノードG211が構成されている。NMOSトランジスタNT213ソースが接地電位(基準電位)GNDに接続されている。また、NMOSトランジスタNT214のドレインが第1の中間ノードF211に接続され、ソースが接地電位GNDに接地されている。
この第1の出力ノードH111から接地電位に至るNMOSトランジスタNT211、第1の中間ノードF211、NMOSトランジスタNT212、第2の中間ノードG211、およびNMOSトランジスタNT213により第1の信号経路SP211が形成されている。
そして、NMOSトランジスタNT212のゲートはデータ入力信号Dの供給ラインに接続されている。
【0100】
NMOSトランジスタNT215のソースはNMOSトランジスタNT216のドレインに接続され、その接続点により第3の中間ノードF212が構成されている。NMOSトランジスタNT216のソースはNMOSトランジスタNT217のドレインに接続され、その接続点により第4の中間ノードG212が構成されている。NMOSトランジスタNT217ソースが接地電位GNDに接続されている。また、NMOSトランジスタNT218のドレインが第3の中間ノードF212に接続され、ソースが接地電位GNDに接地されている。
この第2の出力ノードH112から接地電位に至るNMOSトランジスタNT215、第3の中間ノードF212、NMOSトランジスタNT216、第4の中間ノードG212、およびNMOSトランジスタNT217により第2の信号経路SP212が形成されている。
そして、NMOSトランジスタNT216のゲートはデータ入力信号Dの反転信号Dbの供給ラインに接続されている。
【0101】
次に、センスアンプ式D型フリップフロップ10−5の動作について、第1段ラッチ10−5のラッチ部200を中心に説明する。
【0102】
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0103】
このフリップフロップ10−5は、クロック信号CKの立ち上がりエッジに同期してデータ入力信号Dの値を取り込み、データQ、反転データQbを出力する。その値はクロック信号CKの1周期間保持される。
【0104】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0105】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0106】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
その結果、データ入力信号D、反転信号Dbの状態に関係なく、第1の中間ノードF211はNMOSトランジスタNT214を通して、第2の中間ノードG211はNMOSトランジスタNT213を通して、第3の中間ノードF212はNMOSトランジスタNT218を通して、第4の中間ノードG212はNMOSトランジスタNT217を通して電荷が放電されてローレベルとなる。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対してのみ行われる。
【0107】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
したがって、電源電圧をVDD〔V〕、NMOSトランジスタのしきい値をVthnとすれば、このときの第1の中間ノードF211,第2の中間ノードF212の電位は、(VDD−Vthn)〔V〕になると見積もることができる。
ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の信号経路SP211は第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211〜NT213およびNT214を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0108】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0109】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。
【0110】
すなわち、データ入力信号DがローレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがハイレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオフし、NMOSトランジスタNT216はオンになる。このとき、NMOSトランジスタNT217はオンのままである。
その結果、第2の信号経路SP212は第2の出力ノードH112から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第2の出力ノードH112に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT215〜NT217およびNT218を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH112はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA122からハイレベルのデータQbが出力される。
【0111】
一方、第1の出力ノードH111の電荷は、第2の出力ノードH112がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第2の出力ノードH112の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT212がオン、NMOSトランジスタNT214がカットオフになり、下がりかけた第1の出力ノードH111の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0112】
なお、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0113】
以上述べたように、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112のブリチャージ時には、第1の出力ノードH111と第1の中間ノードF211間に接続されたNMOSトランジスタNT211、および、第2の出力ノードH112と第3の中間ノードF212間に接続されたNMOSトランジスタNT215がカットオフすることから、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対してのみ行われる。
以上より、充電される電荷は従来回路より少なく、放電に寄与するトランジスタは従来回路より多いため、従来回路よりも高速動作が可能である。
【0114】
すなわち、本第6の実施形態によれば、従来のセンスアンプ式D型フリップフロップに対し、第1段ラッチ11にて充電される電荷量を少なし充電時間を短縮することができセットアップタイムを短縮することができる。また、第1段ラッチ11−5にて充電された電荷を素早く放電させることができることから、第1段ラッチ11−5の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能である。
その結果、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0115】
また、本第6の実施形態によれば、入力されるデータ信号が変化しない場合(第1段ラッチへの入力信号と第2段ラッチの出力信号とのレベルが一致している場合)は、クロック信号による第1段での電荷の充電は行わないので、クロック系消費電力を大幅に低減することが可能である。
【0116】
第7実施形態
図8は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第7の実施形態を示す回路図である。
【0117】
本第7の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−1のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−6,INV122−6を配置したことにある。
【0118】
その他の構成は、上述した第7の実施形態と同様である。
【0119】
第7の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−5にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−5の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0120】
第8実施形態
図9は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第8の実施形態を示す回路図である。
【0121】
本第8の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−7において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0122】
具体的には、第2段ラッチ12−7を4つの2入力NANDゲートNA121−7〜NA124−7により構成している。
NANDゲートNA121−7の第1入力端子が第1段ラッチ11−5の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−7の出力端子およびNANDゲートNA124−7の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−7が構成されている。
NANDゲートNA122−7の第1入力端子が第1段ラッチ11−5の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−7の出力端子およびNANDゲートNA123−7の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−7が構成されている。
NANDゲートNA123−7の第2入力端子が第1段ラッチ11−5の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−7の第2入力端子が第1段ラッチ11−7の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−7は、NANDゲートNA124−7からデータQを出力し、NANDゲートNA123−7から反転データQbを出力する。
【0123】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−7のNANDゲートNA124−7よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−7の出力データQbがNANDゲートNA121−7を介してローレベルとなる。
【0124】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0125】
本第8の実施形態によれば、第2段ラッチ12−7において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0126】
第9実施形態
図10は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第9の実施形態を示す回路図である。
【0127】
本第9の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−8の回路構成にある。
【0128】
具体的には、第2段ラッチ12−8は、図10に示すように、インバータINV121−8〜INV124−8、PMOSトランジスタPT123−8、およびNMOSトランジスタNT121−8を有している。
【0129】
PMOSトランジスタPT123−8のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−8のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−8が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−8のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−8の入力端子が第1段ラッチ11−5の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−8のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−8の出力端子とNMOSトランジスタNT121−8のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−8がインバータINV122−8およびINV123−8の入力端子およびインバータINV124−8の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−8の出力端子とインバータINV124−8の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−8が構成されている。これらインバータINV123−8とINV124−8によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−8は、インバータINV122−8の出力端子からデータQを出力する。
【0130】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−8のインバータINV121−8の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−5の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−8がオンし、PMOSトランジスタPT123−8がオフし、ノードJ121−8が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−8よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−8のデータは、インバータINV123−8とINV124−8のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0131】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0132】
本第9の実施形態によれば、第2段ラッチ12−8において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0133】
第10実施形態
図11は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第10の実施形態を示す回路図である。
【0134】
本第10の実施形態が上述した第9の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−9を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−9の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−9をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(Clocked Inverter)により構成したことにある。
【0135】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−9のインバータINV121−8の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−5の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−8がオンし、PMOSトランジスタPT123−8がオフし、ノードJ121−8が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−9はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−8よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−8がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−8よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−8のデータは、インバータINV123−8とINV124−9のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0136】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0137】
本第10の実施形態によれば、第9の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0138】
第11実施形態
図12は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第11の実施形態を示す回路図である。
【0139】
本第11の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−10のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第11の実施形態に係るラッチ部210において、第1の信号経路SP211における第5のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT212と第7のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT213の接続位置、および第9のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT214のドレインの接続位置、並びに、第2の信号経路SP212における第6のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT216と第8のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT217の接続位置、および第10のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT218のドレインの接続位置を変更している。
【0140】
具体的には、第1の信号経路SP211において、NMOSトランジスタNT212のドレインを第2の中間ノードG211に接続し、ソースを接地電位GNDに接続し、NMOSトランジスタNT213のドレインを第1の中間ノードF211に接続し、ソースを第2の中間ノードG211に接続している。また、NMOSトランジスタNT214のドレインを第1の中間ノードF211の代わりに、第2の中間ノードG211に接続している。
同様に、第2の信号経路SP212において、NMOSトランジスタNT216のドレインを第4の中間ノードG212に接続し、ソースを接地電位GNDに接続し、NMOSトランジスタNT217のドレインを第3の中間ノードF212に接続し、ソースを第4の中間ノードG212に接続している。また、NMOSトランジスタNT218のドレインを第3の中間ノードF212の代わりに、第4の中間ノードG212に接続している。
【0141】
次に、図12のセンスアンプ式D型フリップフロップ10−10の動作について説明する。
【0142】
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0143】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0144】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0145】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
その結果、データ入力信号D、反転信号Dbの状態に関係なく、第1の中間ノードF211および第2の中間ノードG211はNMOSトランジスタNT213,NT214を通して、第3の中間ノードF212および第4の中間ノードG212はNMOSトランジスタNT217,NT218を通して電荷が放電されてローレベルとなる。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対してのみ行われる。
【0146】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211、NT213およびNT214を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0147】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT217,NT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0148】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0149】
また、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0150】
第11の実施形態によれば、上述した第6の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0151】
第12実施形態
図13は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第12の実施形態を示す回路図である。
【0152】
本第12の実施形態が上述した第11の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−11のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−11,INV122−11を配置したことにある。
【0153】
その他の構成は、上述した第11の実施形態と同様である。
【0154】
第12の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−10にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−10の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0155】
第13実施形態
図14は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第13の実施形態を示す回路図である。
【0156】
本第13の実施形態が上述した第11の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−12において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0157】
具体的には、第2段ラッチ12−12を4つの2入力NANDゲートNA121−12〜NA124−12により構成している。
NANDゲートNA121−12の第1入力端子が第1段ラッチ11−10の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−12の出力端子およびNANDゲートNA124−12の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−12が構成されている。
NANDゲートNA122−12の第1入力端子が第1段ラッチ11−10の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−12の出力端子およびNANDゲートNA123−12の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−12が構成されている。
NANDゲートNA123−12の第2入力端子が第1段ラッチ11−10の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−12の第2入力端子が第1段ラッチ11−10の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−12は、NANDゲートNA124−12からデータQを出力し、NANDゲートNA123−12から反転データQbを出力する。
【0158】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−12のNANDゲートNA124−12よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−12の出力データQbがNANDゲートNA121−12を介してローレベルとなる。
【0159】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0160】
本第13の実施形態によれば、第2段ラッチ12−12において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および11の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0161】
第14実施形態
図15は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第14の実施形態を示す回路図である。
【0162】
本第14の実施形態が上述した第11の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−13の回路構成にある。
【0163】
具体的には、第2段ラッチ12−13は、図15に示すように、インバータINV121−13〜INV124−13、PMOSトランジスタPT123−13、およびNMOSトランジスタNT121−13を有している。
【0164】
PMOSトランジスタPT123−13のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−13のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−13が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−13のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−13の入力端子が第1段ラッチ11−10の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−13のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−13の出力端子とNMOSトランジスタNT121−13のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−13がインバータINV122−13およびINV123−13の入力端子およびインバータINV124−13の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−13の出力端子とインバータINV124−13の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−13が構成されている。これらインバータINV123−13とINV124−13によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−13は、インバータINV122−13の出力端子からデータQを出力する。
【0165】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−13のインバータINV121−13の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−10の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−13がオンし、PMOSトランジスタPT123−13がオフし、ノードJ121−13が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−13よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−13のデータは、インバータINV123−13とINV124−13のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0166】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0167】
本第14の実施形態によれば、第2段ラッチ12−13において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第11の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0168】
第15実施形態
図16は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第15の実施形態を示す回路図である。
【0169】
本第15の実施形態が上述した第14の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−14を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−10の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−14をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0170】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−14のインバータINV121−13の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−10の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−13がオンし、PMOSトランジスタPT123−13がオフし、ノードJ121−13が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−14はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−13よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−13がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−13よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−13のデータは、インバータINV123−13とINV124−14のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0171】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0172】
本第15の実施形態によれば、第14の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0173】
第16実施形態
図17は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第16の実施形態を示す回路図である。
【0174】
本第16の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−15のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第16の実施形態に係るラッチ部215において、第1の信号経路SP211における第5のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT212と第7のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT213の接続位置、並びに、第2の信号経路SP212における第6のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT216と第8のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT217の接続位置を変更している。
【0175】
具体的には、第1の信号経路SP211において、NMOSトランジスタNT212のドレインを第2の中間ノードG211に接続し、ソースを接地電位GNDに接続し、NMOSトランジスタNT213のドレインを第1の中間ノードF211に接続し、ソースを第2の中間ノードG211に接続している。
同様に、第2の信号経路SP212において、NMOSトランジスタNT216のドレインを第4の中間ノードG212に接続し、ソースを接地電位GNDに接続し、NMOSトランジスタNT217のドレインを第3の中間ノードF212に接続し、ソースを第4の中間ノードG212に接続している。
【0176】
次に、図17のセンスアンプ式D型フリップフロップ10−4の動作について説明する。
【0177】
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0178】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0179】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0180】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
その結果、データ入力信号D、反転信号Dbの状態に関係なく、第1の中間ノードF211はNMOSトランジスタNT214を通して、第3の中間ノードF212はNMOSトランジスタNT218を通して電荷が放電されてローレベルとなる。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対してのみ行われる。
【0181】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の信号経路SP211は第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211〜NT213およびNT214を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0182】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT217,NT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0183】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0184】
また、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0185】
第16の実施形態によれば、上述した第6の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0186】
第17実施形態
図18は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第17の実施形態を示す回路図である。
【0187】
本第17の実施形態が上述した第16の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−16のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−16,INV122−16を配置したことにある。
【0188】
その他の構成は、上述した第16の実施形態と同様である。
【0189】
第17の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−15にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−15の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0190】
第18実施形態
図19は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第18の実施形態を示す回路図である。
【0191】
本第19の実施形態が上述した第16の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−17において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0192】
具体的には、第2段ラッチ12−17を4つの2入力NANDゲートNA121−17〜NA124−17により構成している。
NANDゲートNA121−17の第1入力端子が第1段ラッチ11−15の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−17の出力端子およびNANDゲートNA124−17の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−17が構成されている。
NANDゲートNA122−17の第1入力端子が第1段ラッチ11−15の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−17の出力端子およびNANDゲートNA123−17の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−17が構成されている。
NANDゲートNA123−17の第2入力端子が第1段ラッチ11−15の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−17の第2入力端子が第1段ラッチ11−15の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−17は、NANDゲートNA124−17からデータQを出力し、NANDゲートNA123−17から反転データQbを出力する。
【0193】
たとえば、データ入力信号Dがハイレヘル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−17のNANDゲートNA124−17よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−17の出力データQbがNANDゲートNA121−17を介してローレベルとなる。
【0194】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0195】
本第18の実施形態によれば、第2段ラッチ12−17において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および16の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0196】
第19実施形態
図20は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第19の実施形態を示す回路図である。
【0197】
本第20の実施形態が上述した第16の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−18の回路構成にある。
【0198】
具体的には、第2段ラッチ12−18は、図20に示すように、インバータINV121−18〜INV124−18、PMOSトランジスタPT123−18、およびNMOSトランジスタNT121−18を有している。
【0199】
PMOSトランジスタPT123−18のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−18のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−18が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−18のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−18の入力端子が第1段ラッチ11−15の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−18のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−18の出力端子とNMOSトランジスタNT121−18のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−18がインバータINV122−18およびINV123−18の入力端子およびインバータINV124−18の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−18の出力端子とインバータINV124−18の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−18が構成されている。これらインバータINV123−18とINV124−18によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−18は、インバータINV122−18の出力端子からデータQを出力する。
【0200】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−18のインバータINV121−18の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−15の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−18がオンし、PMOSトランジスタPT123−18がオフし、ノードJ121−18が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−18よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−18のデータは、インバータINV123−18とINV124−18のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0201】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0202】
本第19の実施形態によれば、第2段ラッチ12−19において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第16の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0203】
第20実施形態
図21は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第20の実施形態を示す回路図である。
【0204】
本第20の実施形態が上述した第19の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−19を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−15の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−19をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0205】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−19のインバータINV121−18の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−15の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−18がオンし、PMOSトランジスタPT123−18がオフし、ノードJ121−18が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−19はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−18よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−18がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−18よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−18のデータは、インバータINV123−18とINV124−19のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0206】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0207】
本第20の実施形態によれば、第19の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0208】
第21実施形態
図22は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第21の実施形態を示す回路図である。
【0209】
本第21の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−20のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第21の実施形態に係るラッチ部220において、第9のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT214のソースの接続位置、並びに、第10のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT218のソースの接続位置を変更している。
【0210】
具体的には、NMOSトランジスタNT214のソースを接地する代わりに、第4の中間ノードG212に接続している。
同様に、NMOSトランジスタNT218のソースを接地する代わりに、第2の中間ノードG211に接続している。
【0211】
次に、図22のセンスアンプ式D型フリップフロップ10−20の動作について説明する。
【0212】
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0213】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0214】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0215】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH211および第2の出力ノードH212がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
また、データ入力信号Dおよび反転信号Dbのいずれか一方はハイレベルであることから、NMOSトランジスタNT212またはNMOSトランジスタNT216のいずれかがオン状態にある。
その結果、第1の中間ノードF211および第2の中間ノードG211は、NMOSトランジスタNT213およびNMOSトランジスタNT212、または、NMOSトランジスタNT213、NT214,NT218、およびNT216を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
同様に、第3の中間ノードF212および第4の中間ノードG212は、NMOSトランジスタNT217およびNMOSトランジスタNT216、または、NMOSトランジスタNT217、NT214、NT218、およびNT212を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112に対してのみ行われる。
【0216】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
したがって、電源電圧をVDD〔V〕、NMOSトランジスタのしきい値をVthnとすれば、このときの第1の中間ノードF211,第2の中間ノードF212のの電位は、(VDD−Vthn)〔V〕になると見積もることができる。ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の信号経路SP211は第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211〜NT213を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0217】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT217,NT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0218】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0219】
また、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0220】
第21の実施形態によれば、上述した第6の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0221】
第22実施形態
図23は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第22の実施形態を示す回路図である。
【0222】
本第22の実施形態が上述した第21の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−21のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−21,INV122−21を配置したことにある。
【0223】
その他の構成は、上述した第21の実施形態と同様である。
【0224】
本第22の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−20にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−20の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0225】
第23実施形態
図24は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第23の実施形態を示す回路図である。
【0226】
本第23の実施形態が上述した第21の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−22において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0227】
具体的には、第2段ラッチ12−22を4つの2入力NANDゲートNA121−22〜NA124−22により構成している。
NANDゲートNA121−22の第1入力端子が第1段ラッチ11−20の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−22の出力端子およびNANDゲートNA124−22の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−22が構成されている。
NANDゲートNA122−22の第1入力端子が第1段ラッチ11−20の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−22の出力端子およびNANDゲートNA123−22の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−22が構成されている。
NANDゲートNA123−22の第2入力端子が第1段ラッチ11−20の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−22の第2入力端子が第1段ラッチ11−20の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−22は、NANDゲートNA124−22からデータQを出力し、NANDゲートNA123−22から反転データQbを出力する。
【0228】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−22のNANDゲートNA124−22よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−22の出力データQbがNANDゲートNA121−22を介してローレベルとなる。
【0229】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0230】
本第23の実施形態によれば、第2段ラッチ12−22において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および22の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0231】
第24実施形態
図25は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第24の実施形態を示す回路図である。
【0232】
本第24の実施形態が上述した第21の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−23の回路構成にある。
【0233】
具体的には、第2段ラッチ12−23は、図25に示すように、インバータINV121−23〜INV124−23、PMOSトランジスタPT123−23、およびNMOSトランジスタNT121−23を有している。
【0234】
PMOSトランジスタPT123−23のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−23のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−23が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−23のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−23の入力端子が第1段ラッチ11−20の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−23のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−23の出力端子とNMOSトランジスタNT121−23のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−23がインバータINV122−23およびINV123−23の入力端子およびインバータINV124−23の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−23の出力端子とインバータINV124−23の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−23が構成されている。これらインバータINV123−23とINV124−23によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−23は、インバータINV122−23の出力端子からデータQを出力する。
【0235】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−23のインバータINV121−23の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−20の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−23がオンし、PMOSトランジスタPT123−23がオフし、ノードJ121−23が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−23よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−23のデータは、インバータINV123−23とINV124−23のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0236】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0237】
本第24の実施形態によれば、第2段ラッチ12−23において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第21の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0238】
第25実施形態
図26は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第25の実施形態を示す回路図である。
【0239】
本第25の実施形態が上述した第24の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−24を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−20の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−24をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0240】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−24のインバータINV121−23の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−20の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−23がオンし、PMOSトランジスタPT123−23がオフし、ノードJ121−23が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−24はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−23よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−23がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−23よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−23のデータは、インバータINV123−23とINV124−24のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0241】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0242】
本第25の実施形態によれば、第24の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0243】
第26実施形態
図27は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第26の実施形態を示す回路図である。
【0244】
本第26の実施形態が上述した第21の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−25のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第26の実施形態に係るラッチ部225において、第2の中間ノードG211と第4の中間ノードG212とを、ゲートが電源電圧VDDの供給ラインに接続されたオン抵抗として機能するNMOSトランジスタNT219により接続するようにしている。
【0245】
その他の構成は、上述した第21の実施形態と同様である。
【0246】
本第26の実施形態に係る動作は、基本的に上述した第21の実施形態の動作と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0247】
第26の実施形態によれば、上述した第6および第21の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0248】
第27実施形態
図28は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第27の実施形態を示す回路図である。
【0249】
本第27の実施形態が上述した第26の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−26のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−26,INV122−26を配置したことにある。
【0250】
その他の構成は、上述した第26の実施形態と同様である。
【0251】
第27の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−25にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−25の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0252】
第28実施形態
図29は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第28の実施形態を示す回路図である。
【0253】
本第28の実施形態が上述した第26の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−27において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0254】
具体的には、第2段ラッチ12−27を4つの2入力NANDゲートNA121−27〜NA124−27により構成している。
NANDゲートNA121−27の第1入力端子が第1段ラッチ11−25の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−27の出力端子およびNANDゲートNA124−27の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−27が構成されている。
NANDゲートNA122−27の第1入力端子が第1段ラッチ11−25の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−27の出力端子およびNANDゲートNA123−27の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−27が構成されている。
NANDゲートNA123−27の第2入力端子が第1段ラッチ11−25の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−27の第2入力端子が第1段ラッチ11−25の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−27は、NANDゲートNA124−27からデータQを出力し、NANDゲートNA123−27から反転データQbを出力する。
【0255】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−27のNANDゲートNA124−27よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−27の出力データQbがNANDゲートNA121−27を介してローレベルとなる。
【0256】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0257】
本第28の実施形態によれば、第2段ラッチ12−27において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および26の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0258】
第29実施形態
図30は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第29の実施形態を示す回路図である。
【0259】
本第29の実施形態が上述した第26の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−28の回路構成にある。
【0260】
具体的には、第2段ラッチ12−28は、図30に示すように、インバータINV121−28〜INV124−28、PMOSトランジスタPT123−28、およびNMOSトランジスタNT121−28を有している。
【0261】
PMOSトランジスタPT123−28のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−28のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−28が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−28のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−28の入力端子が第1段ラッチ11−25の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−28のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−28の出力端子とNMOSトランジスタNT121−28のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−28がインバータINV122−28およびINV123−28の入力端子およびインバータINV124−28の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−28の出力端子とインバータINV124−28の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−28が構成されている。これらインバータINV123−28とINV124−28によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−28は、インバータINV122−28の出力端子からデータQを出力する。
【0262】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−28のインバータINV121−28の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−25の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−28がオンし、PMOSトランジスタPT123−28がオフし、ノードJ121−28が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−28よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−28のデータは、インバータINV123−28とINV124−28のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0263】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0264】
本第29の実施形態によれば、第2段ラッチ12−28において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第26の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0265】
第30実施形態
図31は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第30の実施形態を示す回路図である。
【0266】
本第30の実施形態が上述した第29の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−29を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−25の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−29をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0267】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−29のインバータINV121−28の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−25の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−28がオンし、PMOSトランジスタPT123−28がオフし、ノードJ121−28が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−29はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−28よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−28がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−28よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−28のデータは、インバータINV123−28とINV124−29のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0268】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0269】
本第30の実施形態によれば、第29の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0270】
第31実施形態
図32は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第31の実施形態を示す回路図である。
【0271】
本第31の実施形態が上述した第6の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−30のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第31の実施形態に係るラッチ部230において、第1の信号経路SP211における第3のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT211と第5のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT215の接続位置、および第9のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT214のドレインの接続位置、並びに、第2の信号経路SP212における第4のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT215と第6のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT216の接続位置、および第10のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT218のドレインの接続位置を変更している。
【0272】
具体的には、第1の信号経路SP211において、NMOSトランジスタNT211のドレインを第1の中間ノードF211に接続し、ソースを第2の中間ノードG211に接続し、NMOSトランジスタNT212のドレインを第1の出力H111に接続し、ソースを第1の中間ノードF211に接続している。また、NMOSトランジスタNT214のドレインを第1の出力ノードH111に接続し、ソースを第1の中間ノードF211に接続している。
同様に、第2の信号経路SP212において、NMOSトランジスタNT215のドレインを第3の中間ノードF212に接続し、ソースを第4の中間ノードG212に接続し、NMOSトランジスタNT216のドレインを第2の出力H112に接続し、ソースを第3の中間ノードF212に接続している。また、NMOSトランジスタNT218のドレインを第2の出力ノードH112に接続し、ソースを第3の中間ノードF212に接続している。
【0273】
次に、図32のセンスアンプ式D型フリップフロップ10−30の動作について説明する。
【0274】
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0275】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0276】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0277】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第2の中間ノードG212および第4の中間ノードG212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
また、データ入力信号Dおよび反転信号Dbのいずれか一方はハイレベルであることから、NMOSトランジスタNT212またはNMOSトランジスタNT216のいずれかがオン状態にある。
その結果、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212は、(VDD−Vth)レベルとなる。
また、第2の中間ノードG211は、NMOSトランジスタNT213を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
同様に、第4の中間ノードG212は、NMOSトランジスタNT217を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112、並びに第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212に対してのみ行われる。
【0278】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の信号経路SP211は第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211〜NT213およびNT214を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0279】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT217,NT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0280】
なお、データ入力信号Dがハイレベルの場合、第4の中間ノードG212のレベルは、(VDD−Vth)/2レベルとなる。
【0281】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
なお、この場合、第4の中間ノードG212のレベルは接地レベルであるが、第2の中間ノードG211は、(VDD−Vth)/2レベルとなる。
【0282】
また、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0283】
第31の実施形態によれば、上述した第6の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0284】
第32実施形態
図33は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第32の実施形態を示す回路図である。
【0285】
本第32の実施形態が上述した第31の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−31のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−31,INV122−31を配置したことにある。
【0286】
その他の構成は、上述した第31の実施形態と同様である。
【0287】
第32の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−30にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−30の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0288】
第33実施形態
図34は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第33の実施形態を示す回路図である。
【0289】
本第33の実施形態が上述した第31の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−32において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0290】
具体的には、第2段ラッチ12−32を4つの2入力NANDゲートNA121−32〜NA124−32により構成している。
NANDゲートNA121−32の第1入力端子が第1段ラッチ11−30の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−32の出力端子およびNANDゲートNA124−32の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−32が構成されている。
NANDゲートNA122−32の第1入力端子が第1段ラッチ11−30の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−32の出力端子およびNANDゲートNA123−32の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI122−32が構成されている。
NANDゲートNA123−32の第2入力端子が第1段ラッチ11−30の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−32の第2入力端子が第1段ラッチ11−30の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−32は、NANDゲートNA124−32からデータQを出力し、NANDゲートNA123−32から反転データQbを出力する。
【0291】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−32のNANDゲートNA124−32よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−32の出力データQbがNANDゲートNA121−32を介してローレベルとなる。
【0292】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0293】
本第33の実施形態によれば、第2段ラッチ12−32において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および31の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0294】
第34実施形態
図35は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第34の実施形態を示す回路図である。
【0295】
本第34の実施形態が上述した第31の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−33の回路構成にある。
【0296】
具体的には、第2段ラッチ12−33は、図35に示すように、インバータINV121−33〜INV124−33、PMOSトランジスタPT123−33、およびNMOSトランジスタNT121−33を有している。
【0297】
PMOSトランジスタPT123−33のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−33のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−33が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−33のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−33の入力端子が第1段ラッチ11−30の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−33のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−33の出力端子とNMOSトランジスタNT121−33のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−33がインバータINV122−33およびINV123−33の入力端子およびインバータINV124−33の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−33の出力端子とインバータINV124−33の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−33が構成されている。これらインバータINV123−33とINV124−33によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−33は、インバータINV122−33の出力端子からデータQを出力する。
【0298】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−33のインバータINV121−33の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−30の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−33がオンし、PMOSトランジスタPT123−33がオフし、ノードJ121−33が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−33よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−33のデータは、インバータINV123−33とINV124−33のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0299】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0300】
本第34の実施形態によれば、第2段ラッチ12−33において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第31の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0301】
第35実施形態
図36は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第35の実施形態を示す回路図である。
【0302】
本第35の実施形態が上述した第34の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−34を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−30の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−34をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0303】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−34のインバータINV121−33の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−30の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−33がオンし、PMOSトランジスタPT123−33がオフし、ノードJ121−33が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−34はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−33よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−33がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−33よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−33のデータは、インバータINV123−33とINV124−34のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0304】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0305】
本第35の実施形態によれば、第34の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0306】
第36実施形態
図37は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第36の実施形態を示す回路図である。
【0307】
本第36の実施形態が上述した第26の実施形態と異なる点は、第1段ラッチ11−35のラッチ部の構成にある。
具体的には、本第36の実施形態に係るラッチ部235において、第1の信号経路SP211における第3のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT211と第5のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT215の接続位置、並びに、第2の信号経路SP212における第4のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT215と第6のスイッチング素子としてのNMOSトランジスタNT216の接続位置を変更したことにある。
【0308】
具体的には、第1の信号経路SP211において、NMOSトランジスタNT211のドレインを第1の中間ノードF211に接続し、ソースを第2の中間ノードG211に接続し、NMOSトランジスタNT212のドレインを第1の出力H111に接続し、ソースを第1の中間ノードF211に接続している。また、NMOSトランジスタNT214のドレインを第1の出力ノードH111に接続し、ソースを第1の中間ノードF211に接続している。
同様に、第2の信号経路SP212において、NMOSトランジスタNT215のドレインを第3の中間ノードF212に接続し、ソースを第4の中間ノードG212に接続し、NMOSトランジスタNT216のドレインを第2の出力H112に接続し、ソースを第3の中間ノードF212に接続している。また、NMOSトランジスタNT218のドレインを第2の出力ノードH112に接続し、ソースを第3の中間ノードF212に接続している。
【0309】
次に、図37のセンスアンプ式D型フリップフロップ10−35の動作について説明する。
ここでは、第2段ラッチ12による出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されているものとする。
まず、このとき、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給される、すなわち、正転側の入力データDと反転側の入力データDbが出力データQ、および、出力データQbの異なるレベル(レベルが不一致)で供給されるものとして説明する。
【0310】
クロック信号CKがローレベルの期間において、PMOSトランジスタPT111,PT114がオンになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになる。
【0311】
また、出力データQがローレベルに保持され、出力反転データQbがハイレベルに保持されていることから、PMOSトランジスタPT116,PT119、NMOSトランジスタNT120がオンになり、PMOSトランジスタPT115,PT120、NMOSトランジスタNT119がオフになる。
そして、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルで供給されることから、PMOSトランジスタPT118,PT121、NMOSトランジスタNT117がオンになり、PMOSトランジスタPT117,PT122、NMOSトランジスタNT118がオフになる。
その結果、PMOSトランジスタPT121,PT119,PT111、並びに、PT118,PT116,PT114は等価的に抵抗として振る舞い、これらを通して第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112は電源電圧VDDの供給ライン(第2の電位源)に電気的に接続され、完全な論理1の電位(ハイレベル)にプリチャージされる。
【0312】
そして、PMOSトランジスタPT212,PT213は、カットオフになる。
このとき、NMOSトランジスタNT211,NT215はカットオフになっていることから、第2の中間ノードG212および第4の中間ノードG212には電荷の充電は行われない。
一方、NMOSトランジスタNT213,NT214,NT217、およびNT218は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112がハイレベルにプリチャージされたことに伴いオンになる。
また、データ入力信号Dおよび反転信号Dbのいずれか一方はハイレベルであることから、NMOSトランジスタNT212またはNMOSトランジスタNT216のいずれかがオン状態にある。
その結果、第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212は、(VDD−Vth)レベルとなる。
また、第2の中間ノードG211は、NMOSトランジスタNT212、またはNMOSトランジスタNT219、NT216を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
同様に、第4の中間ノードG212は、NMOSトランジスタNT216、または、NMOSトランジスタNT219、NT212を通して電荷が放電されてローレベルに保持される。
したがって、クロック信号CKがローレベルの期間においては、電荷の充電は、第1の出力ノードH111および第2の出力ノードH112、並びに第1の中間ノードF211および第3の中間ノードF212に対してのみ行われる。
【0313】
次に、クロック信号CKがハイレベルになると、PMOSトランジスタPT111,PT114がオフになり、NMOSトランジスタNT211,NT215はオンになる。
ここで、データ入力信号DがハイレベルでNMOSトランジスタNT212のゲートに、その反転信号DbがローレベルでNMOSトランジスタNT216のゲートに供給されると、NMOSトランジスタNT212がオンし、NMOSトランジスタNT216はオフになる。このとき、NMOSトランジスタNT213はオンのままである。
その結果、第1の信号経路SP211は第1の出力ノードH111から接地電位GNDまで電気的に接続される。したがって、第1の出力ノードH111に充電された電荷は、NMOSトランジスタNT211〜NT213を通して放電される。これにより、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12のNANDゲートNA121からハイレベルのデータQが出力される。
【0314】
一方、第2の出力ノードH112の電荷は、第1の出力ノードH111がハイレベルからローレベルに変化するごく僅かな時間放電される。
しかし、第1の出力ノードH111の電位が下がることによってPMOSトランジスタPT213がオン、NMOSトランジスタNT217,NT218がカットオフになり、下がりかけた第2の出力ノードH112の電位は上昇し、再び完全な論理1の電位を得、ハイレベルを保持する。
【0315】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0316】
また、プリ設定部112の動作は、上述した第1の実施形態と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
【0317】
第36の実施形態によれば、上述した第6および第26の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【0318】
第37実施形態
図38は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第37の実施形態を示す回路図である。
【0319】
本第37の実施形態が上述した第36の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−36のNANDゲートNA121,NA122の出力側にインバータINV121−36,INV122−36を配置したことにある。
【0320】
その他の構成は、上述した第36の実施形態と同様である。
【0321】
第37の実施形態によれば、クロストーク等の影響を抑止できる。
また、前段の第1段ラッチ11−35にて、セットアップタイムを短縮することができ、また、第1段ラッチ11−35の出力信号を短時間で確定させることができ、バリッドディレイを短縮することが可能であることから、インバータを挿入してバリッドディレイが長くなったとしても、全体として、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【0322】
第38実施形態
図39は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第38の実施形態を示す回路図である。
【0323】
本第38の実施形態が上述した第36の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−37において、第1段(前段)ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたことにある。
【0324】
具体的には、第2段ラッチ12−37を4つの2入力NANDゲートNA121−37〜NA124−37により構成している。
NANDゲートNA121−72の第1入力端子が第1段ラッチ11−35の第1の出力ノードH111に接続され、第2入力端子がNANDゲートNA122−37の出力端子およびNANDゲートNA124−37の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI121−37が構成されている。
NANDゲートNA122−32の第1入力端子が第1段ラッチ11−35の第2のノードH112に接続され、第2入力端子がNAMDゲートNA121−37の出力端子およびNANDゲートNA123−37の第1入力端子に接続され、これらの接続点によりノードI1122−37が構成されている。
NANDゲートNA123−37の第2入力端子が第1段ラッチ11−35の第2のノードH112に接続され、NANDゲートNA124−37の第2入力端子が第1段ラッチ11−35の第1のノードH111に接続されている。
そして、第2段ラッチ12−37は、NANDゲートNA124−37からデータQを出力し、NANDゲートNA123−37から反転データQbを出力する。
【0325】
たとえば、データ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、速やかに第2段ラッチ12−37のNANDゲートNA124−37よりハイレベルのデータQが出力される。
また、NANDゲートNA123−37の出力データQbがNANDゲートNA121−37を介してローレベルとなる。
【0326】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0327】
本第38の実施形態によれば、第2段ラッチ12−37において、前段の第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および36の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0328】
第39実施形態
図40は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第39の実施形態を示す回路図である。
【0329】
本第39の実施形態が上述した第36の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−33の回路構成にある。
【0330】
具体的には、第2段ラッチ12−38は、図40に示すように、インバータINV121−38〜INV124−38、PMOSトランジスタPT123−38、およびNMOSトランジスタNT121−38を有している。
【0331】
PMOSトランジスタPT123−38のソースが電源電圧VDDの供給ラインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタNT121−38のドレインに接続され、この接続点によりノードJ121−38が構成されている。また、NMOSトランジスタNT121−38のソースは接地電位GNDに接続されている。
インバータINV121−38の入力端子が第1段ラッチ11−35の第1の出力ノードH111に接続され、出力端子がNMOSトランジスタNT121−38のゲートに接続されている。ここでは、このインバータINV121−38の出力端子とNMOSトランジスタNT121−38のゲートとの接続点をノード/H111とする。
ノードJ121−33がインバータINV122−38およびINV123−38の入力端子およびインバータINV124−38の出力端子に接続されている。
また、インバータINV123−38の出力端子とインバータINV124−38の入力端子が接続され、その接続点によりノードJ122−38が構成されている。これらインバータINV123−38とINV124−38によりラッチが構成されている。
そして、第2段ラッチ12−38は、インバータINV122−38の出力端子からデータQを出力する。
【0332】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−38のインバータINV121−38の出力ノード/111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−35の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−38がオンし、PMOSトランジスタPT123−38がオフし、ノードJ121−38が、ローレベルとなり、速やかにインバータINV122−38よりハイレベルのデータQが出力される。
なお、ノードJ121−38のデータは、インバータINV123−38とINV124−38のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0333】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0334】
本第39の実施形態によれば、第2段ラッチ12−38において、第1段ラッチの出力信号変化を短時間で最終出力信号に伝達する回路を設けたので、第6および第36の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルを出力できるため高速動作が可能である。
【0335】
第40実施形態
図41は、本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第40の実施形態を示す回路図である。
【0336】
本第40の実施形態が上述した第39の実施形態と異なる点は、第2段ラッチ12−39を、相反する信号が保持されている場合、第1段ラッチ11−35の出力信号変化と同時に、第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化する回路構成としたことにある。
具体的には、クロスラッチを構成するインバータINV124−39をノード/H111およびH112に接続されたクロックドインバータ(ClockedInverter)により構成したことにある。
【0337】
この場合、たとえばデータ入力信号Dがハイレベル、その反転信号Dbがローレベルであるとすると、第1の出力ノードH111はローレベルとなり、第2段ラッチ12−39のインバータINV121−38の出力ノード/H111はハイレベルとなる。このとき、第1段ラッチ11−35の第2の出力ノードH112は、ハイレベルである。
その結果、NMOSトランジスタNT121−38がオンし、PMOSトランジスタPT123−38がオフし、ノードJ121−38が、ローレベルとなる。
このとき、クロックドインバータINV124−39はハイレベルを出力できなくなり、速やかにインバータINV122−38よりハイレベルのデータQが出力される。
したがって、ノードJ121−38がローレベルに変化することを妨げることなく速やかにインバータINV122−38よりハイレベルのデータQが出力される。
また、ノードJ121−38のデータは、インバータINV123−38とINV124−39のクロスラッチによりクロック信号CKがローレベルに切り替わってもそのレベルが保持される。
【0338】
データ入力信号Dがローレベルで、その反転信号Dbがハイレベルの場合は、上述した動作と逆の動作が行われる。ここではその詳細な説明は省略する。
【0339】
本第41の実施形態によれば、第39の実施形態の効果に加えて、従来回路よりも速やかにハイレベルのデータを出力できるため高速動作が可能である。
【0340】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力されるデータ信号が変化しない場合(第1段ラッチへの入力信号と第2段ラッチの出力信号とのレベルが一致している場合)は、クロック信号による第1段での電荷の充電は行わないので、クロック系消費電力を大幅に低減することが可能である。
また、本発明によれば、回路設計手法に依存することなく、高速動作を実現でき、消費電力の削減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】図1のD型フリップフロップの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図3】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第2の実施形態を示す回路図である。
【図4】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第3の実施形態を示す回路図である。
【図5】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第4の実施形態を示す回路図である。
【図6】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第5の実施形態を示す回路図である。
【図7】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第6の実施形態を示す回路図である。
【図8】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第7の実施形態を示す回路図である。
【図9】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第8の実施形態を示す回路図である。
【図10】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第9の実施形態を示す回路図である。
【図11】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第10の実施形態を示す回路図である。
【図12】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第11の実施形態を示す回路図である。
【図13】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第12の実施形態を示す回路図である。
【図14】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第13の実施形態を示す回路図である。
【図15】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第14の実施形態を示す回路図である。
【図16】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第15の実施形態を示す回路図である。
【図17】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第16の実施形態を示す回路図である。
【図18】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第17の実施形態を示す回路図である。
【図19】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第18の実施形態を示す回路図である。
【図20】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第19の実施形態を示す回路図である。
【図21】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第20の実施形態を示す回路図である。
【図22】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第21の実施形態を示す回路図である。
【図23】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第22の実施形態を示す回路図である。
【図24】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第23の実施形態を示す回路図である。
【図25】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第24の実施形態を示す回路図である。
【図26】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第25の実施形態を示す回路図である。
【図27】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第26の実施形態を示す回路図である。
【図28】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第27の実施形態を示す回路図である。
【図29】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第28の実施形態を示す回路図である。
【図30】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第29の実施形態を示す回路図である。
【図31】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第30の実施形態を示す回路図である。
【図32】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第31の実施形態を示す回路図である。
【図33】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第32の実施形態を示す回路図である。
【図34】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第33の実施形態を示す回路図である。
【図35】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第34の実施形態を示す回路図である。
【図36】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第35の実施形態を示す回路図である。
【図37】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第36の実施形態を示す回路図である。
【図38】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第37の実施形態を示す回路図である。
【図39】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第38の実施形態を示す回路図である。
【図40】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第39の実施形態を示す回路図である。
【図41】本発明に係るセンスアンプ式D型フリップフロップの第40の実施形態を示す回路図である。
【図42】従来のセンスアンプ式D型フリップフロップの第1の構成例を示す回路図である。
【図43】図42のD型フリップフロップの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図44】従来のセンスアンプ式D型フリップフロップの第2の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
10,10−1〜10−39…センスアンプ式D型フリップフロップ、11,11−5,11−10,11−15,11−20,11−25,11−30,11−35…第1段ラッチ、12,12−1〜12−39、…第2段ラッチ、PT111〜PT123,PT212〜PT213…PMOSトランジスタ、NT111〜NT120、NT211〜NT219、…NMOSトランジスタ、SP211…第1の信号経路、SP212…第2の信号経路、NA121,NA122、NA121−2〜NA124−37…NANDゲート、INV121−1〜INV124−39…インバータ、111,200,210,215,220,225,230,235…ラッチ部、112…プリ設定部。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flip-flop, and more particularly to an improvement of a flip-flop using a sense amplifier.
[0002]
[Prior art]
Recent LSIs require high-speed operation at the GHz level, low-power operation, or both. In these LSIs, flip-flop circuits are widely used not only for scan mode but also for pipeline control for speeding up.
The flip-flop is one of the important factors that determine the operating frequency and power consumption of the LSI.
[0003]
However, in the high-speed operation, the time consumed by the flip-flop circuit, specifically, the ratio of the setup time and the valid delay to one clock cycle is very large, which is a large factor for speeding up. It is an obstacle. In the low power consumption operation, the flip-flop circuit operates with a clock signal (synchronous signal) such as a system clock, and the power consumption of the clock signal system is very large relative to the power consumption of the entire LSI. It is an obstacle to consumption.
[0004]
Therefore, various techniques for increasing the speed of the flip-flop and reducing the power consumption have been proposed until now.
As this high-speed operation flip-flop, a D-type flip-flop recently announced is “Sense Amplifier-Based Flip-flop” (for example, Non-Patent Document 1).
Hereinafter, this D-type flip-flop is referred to as a “sense amplifier type D-type flip-flop (SAFF)”.
[0005]
In this sense amplifier type D flip-flop, a differential sense amplifier applying an inverter loop is mounted on a first stage latch (master side latch), and an RS latch is mounted on a second stage latch (slave side latch). By combining these, a D-type flip-flop is realized.
[0006]
FIG. 42 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional sense amplifier type D flip-flop.
As shown in FIG. 42, the sense-amplifier D-type flip-flop 1 includes a first-stage latch (master-side latch) 2 and a second-stage latch (slave-side latch) 3 connected in cascade.
[0007]
The first stage latch 2 has p-channel MOS (PMOS) transistors PT21 to PT24 and n-channel MOS (NMOS) transistors NT21 to NT26.
[0008]
The sources of the PMOS transistors PT21 to PT24 have the power supply voltage VDDConnected to the supply line.
The drains of the PMOS transistors PT21 and PT22 are connected to the drain of the NMOS transistor NT21, and the connection point forms an output node H1. The output node H1 is connected to the gate of the PMOS transistor PT23 and the gate of the NMOS transistor NT22.
The drains of the PMOS transistors PT23 and PT24 are connected to the drain of the NMOS transistor NT22, and the connection point constitutes an output node H2. The output node H2 is connected to the gate of the PMOS transistor PT22 and the gate of the NMOS transistor NT21.
The gates of the PMOS transistors PT21 and PT24 are connected to an input line of a clock signal (synchronization signal) CK.
[0009]
The source of the NMOS transistor NT21 is connected to the drain of the NMOS transistor NT23, and the connection point forms the intermediate node F1. The source of the NMOS transistor NT22 is connected to the drain of the NMOS transistor NT24, and the connection point forms an intermediate node F2.
The sources of the NMOS transistor NT23 and the NMOS transistor NT24 are connected to each other, and the connection point forms an intermediate node G1. This intermediate node G1 is connected to the drain of the NMOS transistor NT25, and the source of the NMOS transistor NT25 is connected to the ground potential GND.
The source and the drain of the NMOS transistor NT26 are connected to the nodes F1 and F2, respectively.
The gate of the NMOS transistor NT23 is connected to the supply line of the data input signal D, and the gate of the NMOS transistor NT24 is connected to the supply line of the inverted signal Db of the data input signal D. The gate of the NMOS transistor NT25 is connected to the supply line of the clock signal CK, and the gate of the NMOS transistor NT26 is connected to the power supply voltage V.DDConnected to the supply line.
[0010]
The second-stage latch 3 includes two-input NAND gates NA31 and NA32.
The first input terminal of the NAND gate NA31 is connected to the output node H1 of the first-stage latch 2, and the second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA32.
The first input terminal of the NAND gate NA32 is connected to the node H2 of the first stage latch 2, and the second input terminal is connected to the output terminal of the NAMD gate NA31.
Then, the second-stage latch 3 outputs data Q from the NAND gate NA31, and outputs inverted data Qb from the NAND gate NA32.
[0011]
Next, the operation of the conventional sense amplifier type D flip-flop 1 will be described with reference to the timing chart of FIG.
[0012]
The flip-flop 1 captures the value of the data input signal D in synchronization with the rising edge of the clock signal CK, and outputs data Q and inverted data Qb. The value is held for one cycle of the clock signal CK.
[0013]
During a period when the clock signal CK is at a low level (logic 0 level), the PMOS transistors PT21 and PT24 are turned on, and the NMOS transistor NT25 is cut off.
[0014]
During the period when the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT21 and PT24 behave equivalently as resistors, and through these, the nodes H1 and H2 are connected as shown in FIGS. 43 (A), (C) and (E). It is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
Then, the PMOS transistors PT22 and PT23 are cut off. Since the gate terminals and the drain terminals of the NMOS transistors NT21 and NT22 have the same potential, they behave equivalently as diodes.
Therefore, when the power supply voltage is VDD[V] Assuming that the threshold value of the NMOS transistor is Vtn, the potentials of the nodes F1 and F2 at this time are (V) as shown in FIGS. 43 (D) and (F).DD−Vtn) [V]. That is, charges flow from the output nodes H1 and H2 to the intermediate nodes F1 and F2.
[0015]
As described above, when the clock signal CK is at the low level, the output nodes H1 and H2 of the first-stage latch 2 are both at the high level of logic 1, which holds the NAND-RS latch of the second-stage latch 3. Operate as mode.
[0016]
When the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT21 and PT24 are cut off, the NMOS transistor NT25 is turned on, and the sense amplifier operates.
Depending on the state of the data input signal D and its inverted signal Dd, one of the NMOS transistors NT23 and NT24 is cut off.
Therefore, a difference occurs between the conduction resistances of the intermediate nodes F1 and F2 with respect to the ground.
[0017]
For example, assuming that the NMOS transistor NT24 is cut off, the conduction resistance of the intermediate node F1 with respect to the ground is the sum of the resistance values of the NMOS transistor NT23 and the NMOS transistor NT25. Is the sum of the resistance values of the NMOS transistors NT26, NT23, and NT25.
Such a difference in the conduction resistance appears in the discharge speed of the charges on the output nodes H1 and H2. In the above example, since the conduction resistance of the node F1 with respect to the ground is smaller, the charge of the node H1 is discharged more quickly. At this time, the charge on the node H2 is also discharged.
However, when the potential of the output node H1 falls, the PMOS transistor PT23 turns on and the NMOS transistor NT22 cuts off, and the potential of the falling node H2 rises to obtain a complete logic 1 potential again.
[0018]
In this way, a steady state is established in the inverter loop composed of the PMOS transistors PT22 and PT23 and the NMOS transistors NT21 and NT22.
Thereafter, even if the data input signal D and its inverted signal Dd change and the transistor to be cut off changes from the NMOS transistor NT24 to the NMOS transistor NT23, this steady state is not broken.
This is because one of the NMOS transistors NT23 and NT24 is always on, and both of the intermediate nodes F1 and F2 always have a path to ground through the NMOS transistor NT26. This is because it is connected to the ground.
[0019]
Thus, as shown in FIGS. 43 (A), (C) and (E), one of the output nodes H and H2 of the first-stage latch 2 becomes logic 0 during the period when the clock signal is at the high level. Become.
In response, the RS latch of the second stage latch 3 is set or reset, and a value corresponding to the input data appears on the outputs Q and Qd.
[0020]
[Non-patent document 1]
J. See Montanaro, et al. , "A 160MHz 32b 0.5W CMOS Rlsc Microprocessor," ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 146-64. 214-215, Feb. , 1996.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described sense-amplifier D-type flip-flop 1 can make the most of its advantage in a circuit configuration of complementary input and complementary output such as a data path circuit, but is not suitable for a random logic circuit such as an ASIC.
When all circuit methods are considered, the above-described sense amplifier type D flip-flop 1 has the following problems.
[0022]
First, if only one of the data input signal D and its inverted signal Db is input, the sense amplifier D-type flip-flop 1 has an advantage that the setup time, which is the largest factor capable of high-speed operation, is short. Is impaired.
[0023]
Next, in FIG. 42, the outputs Q and Qb are connected to the inputs of the respective NAND gates NA31 and NA32. However, when the output signal wiring is affected by crosstalk or the like, the value changes and is held as it is. There is a risk of being done.
In order to solve this, it is conceivable to provide inverters INV31 and INV32 on the output side of NAND gates NA31 and NA32, as shown in FIG. 44. However, simply providing an inverter increases the valid delay.
[0024]
Finally, charging and discharging of electric charges at each node of the first-stage latch 2 are described. At each of nodes H1, H2, F1, F2, and G1 in FIG. 42, charge of each clock is performed regardless of a change in the logic level of data input signal D and its inverted signal Db.
For example, when the data input signal D is at a high level, the charges at the nodes H1, F1, F2, and G1 are discharged, and when the inverted signal Fb is at a high level, the nodes at H2, F1, F2, and G1 are discharged. The charge is discharged.
The charge time of the charge determines the setup time, the discharge time determines the valid delay, and is one of the factors that increase the power consumption due to the clock signal.
For the above reasons, the sense amplifier type D-type flip-flop 1 described above loses the advantage of high-speed operation depending on the circuit design method.
[0025]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a flip-flop capable of reducing power consumption and realizing high-speed operation without depending on a circuit design technique.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to a first-stage latch for capturing data input when a synchronization signal having first and second potential levels is at a second potential level. , A second-stage latch for latching latch data of the first-stage latch, wherein the first-stage latch includes a first output node, a second output node, and a first intermediate node. A first intermediate node, a second intermediate node, a third intermediate node, and a second intermediate node that charges the first output node and the second output node when the synchronization signal is at the first potential level to charge the second intermediate node. A pre-setting means that can be set to a potential level of the second potential node, and the second output node conducts when the second output node is at the first potential level to connect the first output node to a second potential source; The first switch, which is held in a non-conductive state when the Switching means for conducting when the first output node is at a first potential level and connecting the second output node to a second potential source, and turning off when the second output node is at a second potential level The second switching means being held is connected between the first output node and the first intermediate node, and is kept in a non-conductive state when the second output node is at a first potential level. A third switching means that is turned on when at a second potential level, and is connected between the second output node and the second intermediate node, and the first output node is connected to the first potential node. A fourth switching means which is kept in a non-conducting state at the time of the second potential level and which conducts at the time of the second potential level, and is connected between the first intermediate node and the third intermediate node; Non-conductive when signal is at first potential level Connected between the second intermediate node and the third intermediate node, the fifth switching means being turned on at the second potential level, and being connected to the second intermediate node and the third intermediate node. The sixth switching means, which is held in a non-conductive state when the potential level is at a non-conductive level and is conductive at a second potential level, is connected between the third intermediate node and a reference potential. A seventh switching unit that is kept in a non-conductive state at the first potential level and is conductive at the second potential level, and includes a resistance component, and includes the first intermediate node and the second intermediate node; Connecting means for connecting the data input signal and the inverted signal to be input when the level of the input signal does not change, even when the synchronization signal is at the first potential level. The first output node And the second output node is not charged.
[0027]
Preferably, the second-stage latch holds, at a first node and a second node, non-inverted data and inverted data that take the first potential level and the second potential level complementarily, The pre-setting means includes: an eighth and a ninth switching element which are turned on when the synchronization signal is at the first potential level and are kept in a non-conductive state when the synchronization signal is at the second potential level; And the tenth and eleventh switching elements, which are turned on when are at the first potential level and are kept off when at the second potential level, and the inverted signal of the data input signal is at the first potential level. And the twelfth and thirteenth switching elements, which are turned on when the signal is at the first potential level and are kept in the non-conductive state when at the second potential level, and the first node of the second stage latch is at the first potential level. When conducting, the above And the fifteenth and fifteenth switching elements, which are held in a non-conductive state at the potential level of the second stage latch, conduct when the second node of the second-stage latch is at the first potential level. The sixteenth and seventeenth switching elements, which are held in a non-conductive state when at the level, conduct when the data input signal is at the second potential level, and become non-conductive when at the first potential level; An eighteenth switching element which is held and a nineteenth switching element which is turned on when the inverted signal of the data input signal is at the second potential level and is turned off when the inverted signal is at the first potential level A twentieth switching element that is conductive when the first node of the second-stage latch is at the second potential level and is kept in a non-conductive state when the first node is at the first potential level; Step latch A twenty-first switching element that conducts when the second node is at the second potential level and is kept off when the second node is at the first potential level. The eighth switching element is connected, the tenth and sixteenth switching elements are connected in series between the eighth switching element and the second potential source, and the twelfth and fourteenth switching elements are connected. An element is connected between the eighth switching element and the second potential source in parallel with the tenth and sixteenth switching elements, and is connected between the first output node and a reference potential. The eighteenth and twentieth switching elements are connected in series, the ninth switching element is connected to the second output node, and a connection between the ninth switching element and the second potential source The thirteenth and fifteenth switching elements are connected in series, and the eleventh and seventeenth switching elements are connected between the ninth switching element and the second potential source. The switching elements are connected in parallel, and the nineteenth and twenty-first switching elements are connected in series between the second output node and a reference potential.
[0028]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a first-stage latch for capturing data input when a synchronization signal having first and second potential levels is at a second potential level; A flip-flop including a second-stage latch for latching latch data, wherein the first-stage latch includes a first output node, a second output node, and a first output node and a reference potential between the first output node and a reference potential. First and second intermediate nodes formed in order on the first signal path toward the reference potential, and on the second signal path between the second output node and the reference potential toward the reference potential Third and fourth intermediate nodes formed in order, and pre-setting means for setting the first output node and the second output node to a second potential level when the synchronization signal is at the first potential level And the second output node is A first switching means which is conductive when the potential level is 1 and connects the first output node to a second potential source, and which is kept in a non-conductive state when the potential level is the second potential level; A second output node is connected to a second potential source when one output node is at a first potential level, and the second output node is kept non-conductive at a second potential level; Switching means; third and fourth switching means which are kept non-conductive when the synchronization signal is at the first potential level and which are conductive when the synchronization signal is at the second potential level; Fifth switching means which is held in a non-conductive state when the potential level is attained and is conductive when at the second potential level, and is kept in a non-conductive state when the inverted signal of the data input signal is at the first potential level At the second potential level Sixth switching means that passes through, a seventh switching means that is kept in a non-conductive state when the first output node is at a first potential level, and is conductive when it is at a second potential level, An eighth switching means which is kept non-conductive when the second output node is at the first potential level and is conductive when the output node is at the second potential level. 7 is connected in series with the first signal path, and at least the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node or the first intermediate node. Connected between a node and the second intermediate node, the fourth, sixth, and eighth switching means are connected in series with the second signal path, and at least the fourth switching means is , The second Connected between an output node and the third intermediate node or between the third intermediate node and the fourth intermediate node, the pre-setting means is configured to receive the data input signal and the inverted signal Does not change, the first output node and the second output node are not charged even if the synchronization signal is at the first potential level.
[0029]
In the present invention, the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the fifth switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node. The sixth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the eighth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference node. And the first stage latch is further connected when the second output node is at a second potential level to connect the first intermediate node to the reference potential. At the potential level of 1. A ninth switching means which is kept in a conductive state, and which conducts when the first output node is at a second potential level to connect the third intermediate node to the reference potential; And a tenth switching unit that is kept in a non-conducting state at the time of (i).
[0030]
In the present invention, the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the fourth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the sixth switching means is connected to the fourth intermediate node. Connected to the reference potential, the first-stage latch further conducts when the second output node is at a second potential level, and connects the second intermediate node to the reference potential. At the first potential level Ninth switching means, which is kept in a non-conducting state when the first output node is at a second potential level and is connected to connect the fourth intermediate node to the reference potential. And a tenth switching means which is kept in a non-conductive state at the potential level of
[0031]
In the present invention, the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the fourth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the sixth switching means is connected to the fourth intermediate node. Connected to the reference potential, the first-stage latch further conducts when the second output node is at a second potential level and connects the first intermediate node to the reference potential. At the first potential level Ninth switching means, which is kept in a non-conducting state when the first output node is at a second potential level, and conducts to connect the third intermediate node to the reference potential. And a tenth switching means which is kept in a non-conductive state at the potential level of
[0032]
In the present invention, the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the fourth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the sixth switching means is connected to the fourth intermediate node. Connected to the reference potential, the first-stage latch further conducts when the second output node is at a second potential level, and the second intermediate node and the fourth intermediate node And the first A ninth switching means which is kept in a non-conducting state when the signal is at a level, and which conducts when the first output node is at a second potential level, and is connected to the second intermediate node and the fourth intermediate node. And a tenth switching means that is kept in a non-conductive state at the first potential level.
[0033]
In the present invention, the third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the fourth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the sixth switching means is connected to the fourth intermediate node. The first-stage latch is connected between the reference potential and the first-stage latch, and further includes a connection unit that includes a resistance component and connects the second intermediate node and the fourth intermediate node.
[0034]
In the present invention, the fifth switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the third switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the sixth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The fourth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the eighth switching means is connected to the fourth intermediate node. Connected to the reference potential, the first-stage latch further conducts when the second output node is at a second potential level, and is connected to the first output node and the first intermediate node. And the first Ninth switching means which is kept in a non-conducting state when the signal is at a level, and which conducts when the first output node is at a second potential level and which is connected to the second output node and the third intermediate node. And a tenth switching means that is kept in a non-conductive state at the first potential level.
[0035]
In the present invention, the fifth switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the third switching means is connected to the first intermediate node and the second intermediate node. The seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential, and the sixth switching means is connected between the second output node and the third output node. , The fourth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node, and the eighth switching means is connected to the fourth intermediate node. The first-stage latch is connected between the reference potential and the first-stage latch, and further includes a connection unit that includes a resistance component and connects the second intermediate node and the fourth intermediate node.
[0036]
Preferably, the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
[0037]
Preferably, when the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously changes the output signal of the first-stage latch. And a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the second-stage latch and transmitting it to the final output signal.
[0038]
According to the present invention, for example, while the synchronization signal is at the first potential level, the third and fourth switching means are turned off.
When there is a change in the level of the input data signal, in other words, the level of the first node of the second-stage latch and the level of the data input signal, and the level of the second node of the second-stage latch and the data input When the level of the inverted signal of the signal is different, the pre-setting means charges the first and second output nodes during the period in which the synchronization signal is at the first potential level, and charges the first and second output nodes. Are precharged to a second potential level of logic one.
At this time, since the third and fourth switching means are in a non-conductive state, no charge is charged in the first intermediate and the third intermediate.
On the other hand, the switching elements other than the first and second switching elements are the switching elements. The first output node and the second output node become conductive when precharged to a high level.
As a result, regardless of the state of the data input signal and the inverted signal, the first and second intermediate nodes are discharged to the first potential level through the corresponding switching elements.
Therefore, while the synchronization signal is at the first potential level, the charge is performed only on the first output node and the second output node.
Next, when the synchronizing signal goes high, the precharging by the pre-setting means is stopped, and the third and fourth switching means are turned on.
Here, for example, when the data input signal D is supplied to the fifth switching element at the second potential level and the inverted signal Db is supplied to the sixth switching element at the first potential level, the fifth switching element becomes Conduct. At this time, the sixth switching element remains off.
As a result, the first signal path is electrically connected from the first output node to the ground potential GND. Therefore, the charge charged in the first output node is discharged through each switching element. As a result, the first output node goes to the first potential level, and data of a predetermined level is output from the second stage latch.
[0039]
When there is no change in the level of the input data signal, in other words, the level of the first node of the second stage latch and the level of the data input signal, and the level of the second node of the second latch and the data input When the level of the inverted signal is the same, the charge is not performed on the first and second output nodes by the pre-setting unit even during the period when the synchronization signal is at the first potential level.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First embodiment
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0041]
As shown in FIG. 1, the sense amplifier D-type flip-flop 10 includes a first-stage latch 11 and a second-stage latch 12, which are cascaded.
In the following description, the first potential is a ground potential (0 V) level, and the second potential is a power supply voltage VDDLevel.
[0042]
The first-stage latch 11 includes PMOS transistors PT111 to PT122, NMOS transistors NT111 to NT120, a first output node H111, a second output node H112, a first intermediate node F111, a second intermediate node F112, and a third Intermediate node G111.
In this case, a first switching element is formed by the PMOS transistor PT112, a second switching element is formed by the PMOS transistor PT113, a third switching element is formed by the NMOS transistor NT111, and a fourth switching element is formed by the NMOS transistor NT112. An element is configured, a fifth switching unit is configured by the NMOS transistor NT113, a sixth switching unit is configured by the NMOS transistor NT114, and a seventh switching unit is configured by the NMOS transistor NT115. The connection means is constituted by the NMOS transistor NT116.
[0043]
The latch unit 111 includes the PMOS transistors PT112 and PT113 and the NMOS transistors NT111 to NT116.
The pre-setting unit 112 is configured by the PMOS transistors PT111 and PT114 to PT122 and the NMOS transistors NT117 to NT120.
The PMOS transistor PT111 forms an eighth switching element, the PMOS transistor PT114 forms a ninth switching element, the PMOS transistor PT115 forms a sixteenth switching element, and the PMOS transistor PT116 forms a fifteenth switching element. The PMOS transistor PT117 forms a tenth switching element, the PMOS transistor PT118 forms a thirteenth switching element, the PMOS transistor PT119 forms a fourteenth switching element, and the PMOS transistor PT120 forms a seventeenth switching element. A twelfth switching element is constituted by a PMOS transistor PT121, and a PMOS transistor PT121 is constituted by a PMOS transistor PT121. The star PT122 forms an eleventh switching element, the NMOS transistor NT117 forms an eighteenth switching element, the NMOS transistor NT118 forms a nineteenth switching element, and the NMOS transistor NT119 forms a twentieth switching element. And the NMOS transistor NT120 constitute a twenty-first switching element.
[0044]
The sources of the PMOS transistors PT112, PT113, PT117, PT118, PT121, and PT122 are connected to the power supply voltage V.DDConnected to the supply line.
The drains of the PMOS transistors PT111 and PT112 are connected to the drains of the NMOS transistor NT111 and the NMOS transistor NT117, and the connection point constitutes a first output node H111. The first output node H111 is connected to the gate of the PMOS transistor PT113 and the gate of the NMOS transistor NT112.
The drains of the PMOS transistors PT113 and PT114 are connected to the drains of the NMOS transistor NT112 and the NMOS transistor NT118, and the connection point constitutes a second output node H112. Further, the second output node H112 is connected to the gate of the PMOS transistor PT112 and the gate of the NMOS transistor NT111.
The gates of the PMOS transistors PT111 and PT114 are connected to the input line for the clock signal CK.
[0045]
In the latch section 111, the source of the NMOS transistor NT111 is connected to the drain of the NMOS transistor NT113, and the connection point forms a first intermediate node F111. The source of the NMOS transistor NT112 is connected to the drain of the NMOS transistor NT114, and the connection point forms a second intermediate node F112.
The sources of the NMOS transistor NT113 and the NMOS transistor NT114 are connected to each other, and the connection point forms a third intermediate node G111. This third intermediate node G111 is connected to the drain of the NMOS transistor NT115, and the source of the NMOS transistor NT115 is connected to the ground potential GND.
The source and the drain of the NMOS transistor NT116 are connected to the first intermediate node F111 and the second intermediate node F112, respectively.
The gate of the NMOS transistor NT113 is connected to the supply line of the data input signal D, and the gate of the NMOS transistor NT114 is connected to the supply line of the inverted signal Db of the data input signal D. The gate of the NMOS transistor NT115 is connected to the supply line of the clock signal CK, and the gate of the NMOS transistor 1T216 is connected to the power supply voltage VDDConnected to the supply line.
[0046]
In the pre-setting unit 112, the source of the PMOS transistor PT111 is connected to the drains of the PMOS transistors PT115 and PT119. The source of the PMOS transistor PT115 is connected to the drain of the PMOS transistor PT117, and the source of the PMOS transistor PT119 is connected to the drain of the PMOS transistor PT121.
The source of the NMOS transistor NT117 is connected to the source of the NMOS transistor NT119, and the source of the NMOS transistor NT119 is connected to the ground potential GND.
The source of the PMOS transistor PT114 is connected to the drains of the PMOS transistors PT116 and PT120. The source of the PMOS transistor PT116 is connected to the drain of the PMOS transistor PT118, and the source of the PMOS transistor PT120 is connected to the drain of the PMOS transistor PT122.
The source of the NMOS transistor NT118 is connected to the source of the NMOS transistor NT120, and the source of the NMOS transistor NT120 is connected to the ground potential GND.
The gates of the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT117 are connected to a data input signal D supply line. The gates of the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT118 are connected to the supply line of the inverted signal Db of the data input signal D.
The gates of the PMOS transistors PT115 and PT120 and the NMOS transistor NT120 are connected to an output terminal (node I122: an output line of the inverted data Qb in this embodiment) of the NAND gate NA122 of the second-stage latch 12. The gates of the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT119 are connected to an output terminal (node I121: an output line of data Q in the present embodiment) of the NAND gate NA121 of the second-stage latch 12.
[0047]
The second-stage latch 12 includes two-input NAND gates NA121 and NA122.
The first input terminal of the NAND gate NA121 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11, and the second input terminal is connected to the output terminal (node I122) of the NAND gate NA122.
The first input terminal of the NAND gate NA122 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11, and the second input terminal is connected to the output terminal (node I121) of the NAMD gate NA121.
[0048]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10 of FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. In the following description, the first potential level (ground potential) is set to a low level, and the second potential level (power supply voltage VDDLevel) High level.
[0049]
The flip-flop 10 captures the value of the data input signal D in synchronization with the rising edge of the clock signal CK, and outputs data Q and inverted data Qb. The value is held for one cycle of the clock signal CK.
[0050]
Here, for example, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level and the output inverted data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db thereof is supplied at a low level. The overall operation when data Qb are supplied at different levels (level mismatch) will be described.
[0051]
During a period when the clock signal (synchronization signal) CK is at a low level (logic 0 level), the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistor NT115 is cut off.
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DD2 (A), (C) and (E), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level) as shown in FIGS. .
Then, the PMOS transistors PT112 and PT113 are cut off. Since the gate terminals and the drain terminals of the NMOS transistors NT111 and NT112 have the same potential, they behave equivalently as diodes.
Therefore, when the power supply voltage is VDD[V], assuming that the threshold value of the NMOS transistor is Vthn, the potentials of the first intermediate node F111 and the second intermediate node F112 at this time are as shown in FIGS. 2D and 2F. (VDD−Vthn) [V].
[0052]
When the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are cut off, the NMOS transistor NT115 is turned on, and the latch unit (sense amplifier) 111 operates.
Further, since the data input signal D is at the high level and the inverted signal Dd is at the low level, the NMOS transistor NT113 is turned on and the NMOS transistor NT214 is cut off.
Therefore, a difference occurs between the conduction resistances of the first intermediate node F111 and the second intermediate node F112 with respect to the ground.
[0053]
In this case, since the NMOS transistor NT114 is cut off, the conduction resistance of the first intermediate node F111 with respect to the ground is the sum of the resistance values of the NMOS transistor NT113 and the NMOS transistor NT115, whereas the second intermediate node F111 has the second resistance. Is the sum of the resistance values of the NMOS transistors NT116, NT113, and NT115.
Such a difference in the conduction resistance appears in the discharge speed of the charges on the first output node H111 and the second output node H112. In this case, since the first intermediate node F111 has a smaller conduction resistance with respect to the ground, the charge of the first output node H111 is discharged more quickly as shown in FIG. 2C. At this time, as shown in FIG. 2E, the charge on the second output node H112 is also discharged.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT113 and cuts off the NMOS transistor NT112, and the potential of the falling second output node H112 increases. Get the potential.
[0054]
Thus, a steady state is established in the inverter loop including the PMOS transistors PT112 and PT113 and the NMOS transistors NT111 and NT112.
Thereafter, even if the data input signal D and its inverted signal Dd change and the transistor to be cut off changes from the NMOS transistor NT114 to the NMOS transistor NT113, this steady state is not broken.
This is because one of the NMOS transistors NT113 and NT114 is always on and both the intermediate nodes F111 and F112 have a path to ground through the NMOS transistor NT116. This is because it is connected to the ground.
[0055]
In this manner, as shown in FIGS. 2A, 2C, and 2E, the first output node H111 of the first-stage latch 21 is at the low level and the second output node is at the second level while the clock signal CK is at the high level. Output node H112 attains a high level.
[0056]
Since the data input signal D is at the high level and the inverted signal Db is at the low level, and the first output node H111 is at the low level, as shown in FIG. High-level data Q is output from NAND gate NA111.
Further, the output data Qb of the NAND gate NA112 becomes low level.
[0057]
In the following, it is assumed that the output data Q by the second-stage latch 12 is held at a high level and the output inverted data Qb is held at a low level.
That is, assuming that the first output node H111 is at the low level and the second output data H112 is at the high level, the operation of the pre-setting unit 112 will be mainly described for the first to tenth states.
[0058]
Under this condition, when the clock signal (synchronization signal) CK is at a low level (logic 0 level), the data input signal D is at a high level, and the inversion signal Db is at a low level, each transistor is in the first state. Become like
That is, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistor NT115 is cut off.
Further, since the output data Q is held at the high level and the inverted output data Qb is held at the low level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned off, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned off. Turns on.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are kept off. Is done.
[0059]
Therefore, the PMOS transistors PT111 and PT114 are on, but the first output node H111 and the second output node H112 are connected to the power supply voltage VDDAnd the first output node H111 and the second output node H112 are not charged.
Then, since the NMOS transistors NT117 and NT19 are in the ON state, the first output node H111 is electrically connected to the ground potential GND, the electric charge is discharged, and the low level is maintained.
At this time, the PMOS transistor PT113 of the latch unit 111 is in the on state, the second output node H112 is at the high level, but the PMOS transistor PT114 is on, the PMOS transistor PT116 is off, the PMOS transistor PT118 is on, and the PMOS transistor PT120 is Since the ON state, the PMOS transistor PT122, and the NMOS transistors NT118, NT120 are in the OFF state, the charge is not charged during the low-level period of the clock signal CK, and the low-level drive does not exist. Therefore, the second output node H112 is held at a high level by the PMOS transistor PT113.
In this case, the levels of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 do not change.
[0060]
In the second state in which the clock signal CK has changed to the high level from the first state, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off and the NMOS transistor NT115 is turned on, but there is no level change at each node.
[0061]
In the third state in which the data input signal D changes to low level and the inverted signal Db changes to high level from the second state, the first output node H111 is at low level in the first and second states, The transistor PT113 is in an on state, the second output node H112 is at a high level, and the NMOS transistor NT111 is in an on state and is complementary and stable.
Then, the path for driving the first output node H111 to a low level is from the NMOS transistor NT111 → the first intermediate node F111 → the NMOS transistor NT112 → the third intermediate node G111 → the NMOS transistor 115 to the NMOS transistor NT111 → first. , The intermediate node F111 → the NMOS transistor NT116 → the second intermediate node F112 → the NMOS transistor NT114 → the third intermediate node G111 → the NMOS transistor 115, but there is no level change at each node.
[0062]
In the fourth state in which the clock signal CK has changed to the low level from the third state, the PMOS transistor PT111 is turned on, the PMOS transistor PT114 is turned on, and the NMOS transistor NT115 is turned off.
At this time, the PMOS transistor PT115 is already on, the PMOS transistor PT117 is on, the PMOS transistor PT120 is on, the PMOS transistor PT122 is on, the NMOS transistor NT117 is off, the NMOS transistor NT119 is on, the NMOS transistor NT118 is on, and the NMOS transistor NT120 is on. Since each state is off, the charge described above occurs during the period when the clock signal CK is at the low level, and both the first output node H111 and the second output node H112 are at the high level.
However, in this case, the levels of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 do not change.
[0063]
In the fifth state in which the clock signal CK has changed to the high level from the fourth state, the PMOS transistor PT111 is turned off, the PMOS transistor PT114 is turned off, the NMOS transistor NT115 is turned on, and the NMOS transistor NT112 → the second intermediate node The second output node H112 is driven to a low level through the path of F112 → NMOS transistor NT114 → third intermediate node G111 → NMOS transistor NT115.
At this time, the first output node H111 is maintained at the high level by the PMOS transistor PT112.
In this case, the level of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 changes to a low level and the data Qb changes to a high level, and is held.
[0064]
The sixth state in which the clock CK has changed to the low level from the fifth state is a state completely opposite to the first state.
In this case, the levels of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 do not change.
[0065]
In the case of the seventh state in which the clock signal CK has changed to the high level from the sixth state, the state is exactly the opposite of the second state, and the PMOS transistor PT111 is turned off, the PMOS transistor PT114 is turned off, and the NMOS Only the transistor NT115 is turned on, and there is no change in each node.
[0066]
The eighth state in which the data input signal D changes to the high level and the inverted signal Db changes to the low level from the seventh state is a state completely opposite to the third state, and corresponds to the sixth and seventh states. In this state, the second output node H112 is at a low level, the PMOS transistor PT112 is in an on state, the first output node H112 is at a high level, and the NMOS transistor NT112 is in an on state and is complementary and stable.
The path for driving the second output node H112 to low level is from the NMOS transistor NT112 → the second intermediate node F112 → the NMOS transistor NT114 → the third intermediate node G111 → the NMOS transistor 115 to the NMOS transistor NT112 → second , The intermediate node F112 → the NMOS transistor NT116 → the first intermediate node F111 → the NMOS transistor NT113 → the third intermediate node G111 → the NMOS transistor 115, but there is no level change at each node.
[0067]
In the ninth state in which the clock signal CK has changed to the low level from the eighth state, the state is exactly the opposite of the fourth state, and the PMOS transistor PT111 is turned on, the PMOS transistor PT114 is turned on, and the NMOS transistor PT114 is turned on. The transistor NT115 is turned off. At this time, the PMOS transistor PT119 is already on, the PMOS transistor PT121 is on, the PMOS transistor PT116 is on, the PMOS transistor PT118 is on, the NMOS transistor NT117 is on, the NMOS transistor NT119 is off, and the NMOS transistor NT118 is on. Is off, and the NMOS transistor NT120 is in the on state, so that the above-described charge occurs, and both the first output node H111 and the second output node H112 are high. The Le.
However, in this case, the levels of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 do not change.
[0068]
In the case of the tenth state in which the clock signal has changed to the high level from the ninth state, the state is exactly the opposite of the fifth state, in which the PMOS transistor PT111 is turned off, the PMOS transistor PT114 is turned off, and the NMOS transistor NT115 is turned on, and the first output node H111 is driven to a low level through the path of NMOS transistor NT111 → first intermediate node F111 → NMOS transistor NT113 → third intermediate node G111 → NMOS transistor NT115.
The second output node H112 is maintained at a high level by the PMOS transistor PT113.
In this case, the level of the output data Q and Qb of the second-stage latch 12 changes to the high level of the data Q and changes to the low level of the data Qb, and is held.
[0069]
Next, the state where the clock signal CK has changed to the low level from the tenth state is nothing but the first state.
[0070]
As described above, according to the first embodiment, when the input data signal does not change (when the levels of the input signal to the first-stage latch and the output signal of the second-stage latch match) ) Does not charge the electric charge in the first stage by the clock signal, so that the power consumption of the clock system can be significantly reduced.
[0071]
Second embodiment
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0072]
The second embodiment differs from the above-described first embodiment in that inverters INV121-1 and INV122-1 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-1. .
[0073]
Other configurations are the same as those of the above-described first embodiment.
[0074]
According to the second embodiment, there is an advantage that power consumption can be reduced and the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
[0075]
Third embodiment
FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0076]
The third embodiment is different from the first embodiment in that the second-stage latch 12-2 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0077]
Specifically, the second-stage latch 12-2 is constituted by four 2-input NAND gates NA121-2 to NA124-2.
A first input terminal of the NAND gate NA121-2 is connected to a first output node H111 of the first-stage latch 11, and a second input terminal is an output terminal of the NAND gate NA122-2 and a first input of the NAND gate NA124-2. These terminals are connected to terminals, and these connection points constitute a node I121-2.
A first input terminal of the NAND gate NA122-2 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11, and a second input terminal is an output terminal of the NAMD gate NA121-2 and a first input terminal of the NAND gate NA123-2. , And these connection points constitute a node I122-2.
The second input terminal of the NAND gate NA123-1 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11, and the second input terminal of the NAND gate NA124-2 is connected to the first node H111 of the first-stage latch 11. Have been.
Then, the second-stage latch 12-2 outputs the data Q from the NAND gate NA124-2 and outputs the inverted data Qb from the NAND gate NA123-2.
[0078]
For example, assuming that the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level, and quickly goes higher than the NAND gate NA124-2 of the second-stage latch 12-2. The level data Q is output.
Further, the output data Qb of the NAND gate NA123-2 goes low via the NAND gate NA121-2.
[0079]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0080]
According to the third embodiment, the second stage latch 12-2 is provided with a circuit for transmitting the output signal change of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects described above, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0081]
Fourth embodiment
FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0082]
The fourth embodiment differs from the first embodiment in the circuit configuration of the second-stage latch 12-3.
[0083]
Specifically, as shown in FIG. 5, the second-stage latch 12-3 has inverters INV121-3 to INV124-3, a PMOS transistor PT123-3, and an NMOS transistor NT121-3.
[0084]
The source of the PMOS transistor PT123-3 is the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-3, and this connection point constitutes the node J121-3. The source of the NMOS transistor NT121-3 is connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-3 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-3. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-3 and the gate of the NMOS transistor NT121-3 is defined as a node / H111.
The node J121-3 is connected to the input terminals of the inverters INV122-3 and INV123-3 and the output terminal of the inverter INV124-3.
The output terminal of the inverter INV123-3 is connected to the input terminal of the inverter INV124-3, and the connection point forms a node J122-3. A latch is formed by the inverters INV123-3 and INV124-3.
Then, the second-stage latch 12-3 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-3.
[0085]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-3 of second stage latch 12-3. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-3 turns on, the PMOS transistor PT123-3 turns off, the node J121-3 becomes low level, and the high-level data Q is output from the inverter INV122-3 immediately.
The data at the node J121-3 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-3 and INV124-3.
[0086]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0087]
According to the fourth embodiment, in the second-stage latch 12-3, a circuit for transmitting a change in the output signal of the previous-stage latch to the final output signal in a short time is provided. As a result, a high level can be output more quickly than in a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0088]
Fifth embodiment
FIG. 6 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0089]
The fifth embodiment is different from the above-described fourth embodiment in that the second-stage latch 12-4 holds the output signal of the first-stage latch 11 at the same time when the opposite signal is held. The circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverter INV124-4 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to the nodes / H111 and H112.
[0090]
In this case, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-3 of second stage latch 12-4. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT123-3 turns on, the PMOS transistor PT123-3 turns off, and the node J121-3 becomes low level.
At this time, the clocked inverter INV124-4 cannot output the high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-3.
Therefore, high-level data Q is output quickly from inverter INV122-3 without preventing node J121-3 from changing to low level.
Further, the data at the node J121-3 is held at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-3 and INV124-4.
[0091]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0092]
According to the fifth embodiment, in addition to the effect of the fourth embodiment, high-level data can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0093]
Sixth embodiment
FIG. 7 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0094]
The sixth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the latch unit 200 of the first-stage latch 11-5.
[0095]
Specifically, the latch unit 200 of the first-stage latch 11-5 according to the seventh embodiment includes PMOS transistors PT212 and PT213, NMOS transistors NT211 to NT218, a first output node H211 and a second output node. H212, a first intermediate node F211, a second intermediate node G211, a third intermediate node F212, and a fourth intermediate node G212.
[0096]
Among these components, the PMOS transistor PT212 forms a first switching element, the PMOS transistor PT213 forms a second switching element, the NMOS transistor NT211 forms a third switching element, and the NMOS transistor NT215 forms a third switching element. A fourth switching element is configured, a fifth switching element is configured by the NMOS transistor NT212, a sixth switching element is configured by the NMOS transistor NT216, and a seventh switching element is configured by the NMOS transistor NT213. An eighth switching element is constituted by NT217, and a ninth switching element is constituted by NMOS transistor NT214. Tenth switching element is constituted by register NT218.
[0097]
The ninth switching element is constituted by the PMOS transistor PT111, the tenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT114, the seventeenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT115, and the sixteenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT116. , An eleventh switching element is constituted by the PMOS transistor PT117, a fourteenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT118, a fifteenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT119, and an eighteenth switching element is constituted by the PMOS transistor PT120. A switching element is formed, and a thirteenth switching element is formed by the PMOS transistor PT121. A twelfth switching element is constituted by the transistor PT122, a nineteenth switching element is constituted by the NMOS transistor NT117, a twentieth switching element is constituted by the NMOS transistor NT118, and a twenty-first switching element is constituted by the NMOS transistor NT119. , A twenty-second switching element is constituted by the NMOS transistor NT120.
[0098]
In the latch section 200, the sources of the PMOS transistors PT212 and PT213 are connected to the power supply voltage VDD(Second potential source). The drain of the PMOS transistor PT212 is connected to the drain of the NMOS transistor NT211 and the first output node H111.
Further, the first output node H111 is connected to the gate of the PMOS transistor PT213 and the gates of the NMOS transistors NT217 and NT218.
The drain of the PMOS transistor PT213 is connected to the drain of the NMOS transistor NT215 and the second output node H112. The second output node H112 is connected to the gate of the PMOS transistor PT212 and the gates of the NMOS transistors NT213 and NT214.
The gates of the NMOS transistors NT211 and NT215 are connected to the first potential level (ground level) and the second potential level (power supply voltage VDDLevel) is connected to an input line of a clock signal (synchronization signal) CK which takes a level.
[0099]
The source of the NMOS transistor NT211 is connected to the drain of the NMOS transistor NT212, and the connection point forms a first intermediate node F211. The source of the NMOS transistor NT212 is connected to the drain of the NMOS transistor NT213, and the connection point forms a second intermediate node G211. The source of the NMOS transistor NT213 is connected to the ground potential (reference potential) GND. The drain of the NMOS transistor NT214 is connected to the first intermediate node F211 and the source is grounded to the ground potential GND.
A first signal path SP211 is formed by the NMOS transistor NT211 reaching the ground potential from the first output node H111, the first intermediate node F211, the NMOS transistor NT212, the second intermediate node G211 and the NMOS transistor NT213. .
The gate of the NMOS transistor NT212 is connected to the supply line for the data input signal D.
[0100]
The source of the NMOS transistor NT215 is connected to the drain of the NMOS transistor NT216, and the connection point forms a third intermediate node F212. The source of the NMOS transistor NT216 is connected to the drain of the NMOS transistor NT217, and the connection point constitutes a fourth intermediate node G212. The source of the NMOS transistor NT217 is connected to the ground potential GND. The drain of the NMOS transistor NT218 is connected to the third intermediate node F212, and the source is grounded to the ground potential GND.
A second signal path SP212 is formed by the NMOS transistor NT215, the third intermediate node F212, the NMOS transistor NT216, the fourth intermediate node G212, and the NMOS transistor NT217 that reach the ground potential from the second output node H112. .
The gate of the NMOS transistor NT216 is connected to the supply line of the inverted signal Db of the data input signal D.
[0101]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-5 will be described focusing on the latch unit 200 of the first stage latch 10-5.
[0102]
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0103]
The flip-flop 10-5 captures the value of the data input signal D in synchronization with the rising edge of the clock signal CK, and outputs data Q and inverted data Qb. The value is held for one cycle of the clock signal CK.
[0104]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0105]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0106]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H111 and the second output node H112 are precharged to a high level.
As a result, regardless of the states of the data input signal D and the inverted signal Db, the first intermediate node F211 passes through the NMOS transistor NT214, the second intermediate node G211 passes through the NMOS transistor NT213, and the third intermediate node F212 passes through the NMOS transistor NT212. The electric charge of the fourth intermediate node G212 is discharged through the NMOS transistor NT217 through NT218 and becomes low level.
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, the charge is performed only on the first output node H111 and the second output node H112.
[0107]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Therefore, when the power supply voltage is VDD[V] Assuming that the threshold value of the NMOS transistor is Vthn, the potentials of the first intermediate node F211 and the second intermediate node F212 at this time are (VDD−Vthn) [V].
Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first signal path SP211 is electrically connected from the first output node H111 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211 to NT213 and NT214. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0108]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213 and cuts off the NMOS transistor NT218, so that the potential of the second output node H112, which has fallen, rises again, and complete logic 1 Obtain the potential and keep the high level.
[0109]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed.
[0110]
That is, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 when the data input signal D is at a low level, and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at the high level, the NMOS transistor NT212 is turned off and the NMOS transistor NT216 is turned on. . At this time, the NMOS transistor NT217 remains on.
As a result, the second signal path SP212 is electrically connected from the second output node H112 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the second output node H112 is discharged through the NMOS transistors NT215 to NT217 and NT218. As a result, the first output node H112 becomes low level, and the high-level data Qb is output from the NAND gate NA122 of the second stage latch 12.
[0111]
On the other hand, the electric charge of the first output node H111 is discharged for a very short time when the second output node H112 changes from the high level to the low level.
However, when the potential of the second output node H112 falls, the PMOS transistor PT212 turns on and the NMOS transistor NT214 cuts off, and the potential of the first output node H111 which has fallen rises, again causing the complete logic 1 to fall. Obtain the potential and keep the high level.
[0112]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof is omitted here.
[0113]
As described above, when the first output node H111 and the second output node H112 are recharged, the NMOS transistor NT211 connected between the first output node H111 and the first intermediate node F211 and the second transistor H2 Of the NMOS transistor NT215 connected between the output node H112 and the third intermediate node F212 is cut off, so that the charge is performed only on the first output node H111 and the second output node H112. .
As described above, the amount of charge to be charged is smaller than that of the conventional circuit, and the number of transistors that contribute to discharging is larger than that of the conventional circuit.
[0114]
That is, according to the sixth embodiment, the amount of charge charged in the first-stage latch 11 can be reduced and the charging time can be shortened as compared with the conventional sense amplifier type D flip-flop, so that the setup time can be reduced. Can be shortened. Further, since the charge charged in the first-stage latch 11-5 can be quickly discharged, the output signal of the first-stage latch 11-5 can be determined in a short time, and the valid delay can be reduced. Is possible.
As a result, there is an advantage that high-speed operation can be realized without depending on a circuit design technique, and power consumption can be reduced.
[0115]
According to the sixth embodiment, when the input data signal does not change (when the level of the input signal to the first-stage latch and the level of the output signal of the second-stage latch match), Since charge is not charged in the first stage by the clock signal, the power consumption of the clock system can be significantly reduced.
[0116]
Seventh embodiment
FIG. 8 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0117]
The seventh embodiment differs from the above-described sixth embodiment in that inverters INV121-6 and INV122-6 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-1. .
[0118]
Other configurations are the same as those of the above-described seventh embodiment.
[0119]
According to the seventh embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
The setup time can be shortened by the first-stage latch 11-5 in the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-5 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0120]
Eighth embodiment
FIG. 9 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0121]
The eighth embodiment is different from the sixth embodiment in that the second-stage latch 12-7 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0122]
Specifically, the second-stage latch 12-7 is constituted by four 2-input NAND gates NA121-7 to NA124-7.
A first input terminal of the NAND gate NA121-7 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-5, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA122-7 and the NAND gate NA124-7. It is connected to one input terminal, and these connection points constitute a node I121-7.
A first input terminal of the NAND gate NA122-7 is connected to the second node H112 of the first stage latch 11-5, and a second input terminal is an output terminal of the NAMD gate NA121-7 and a first input terminal of the NAND gate NA123-7. They are connected to input terminals, and these connection points constitute a node I122-7.
The second input terminal of the NAND gate NA123-7 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-5, and the second input terminal of the NAND gate NA124-7 is connected to the first node of the first-stage latch 11-7. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-7 outputs data Q from the NAND gate NA124-7 and outputs inverted data Qb from the NAND gate NA123-7.
[0123]
For example, assuming that the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level and quickly goes higher than the NAND gate NA124-7 of the second stage latch 12-7. The level data Q is output.
The output data Qb of the NAND gate NA123-7 goes low via the NAND gate NA121-7.
[0124]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0125]
According to the eighth embodiment, the second stage latch 12-7 is provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects described above, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0126]
Ninth embodiment
FIG. 10 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0127]
The ninth embodiment differs from the sixth embodiment in the circuit configuration of the second-stage latch 12-8.
[0128]
Specifically, as shown in FIG. 10, the second stage latch 12-8 has inverters INV121-8 to INV124-8, a PMOS transistor PT123-8, and an NMOS transistor NT121-8.
[0129]
The source of the PMOS transistor PT123-8 has the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-8, and this connection point constitutes the node J121-8. The source of the NMOS transistor NT121-8 is connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-8 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-5, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-8. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-8 and the gate of the NMOS transistor NT121-8 is defined as a node / H111.
The node J121-8 is connected to the input terminals of the inverters INV122-8 and INV123-8 and the output terminal of the inverter INV124-8.
The output terminal of the inverter INV123-8 is connected to the input terminal of the inverter INV124-8, and the connection point forms the node J122-8. A latch is formed by the inverters INV123-8 and INV124-8.
Then, the second-stage latch 12-8 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-8.
[0130]
In this case, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-8 of second stage latch 12-8. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-5 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-8 turns on, the PMOS transistor PT123-8 turns off, the node J121-8 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-8.
The data at the node J121-8 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-8 and INV124-8.
[0131]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0132]
According to the ninth embodiment, since the second stage latch 12-8 is provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the first stage latch to the final output signal in a short time, the effect of the sixth embodiment is obtained. In addition to the above, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0133]
Tenth embodiment
FIG. 11 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a tenth embodiment of the present invention.
[0134]
The tenth embodiment is different from the above-described ninth embodiment in that the second-stage latch 12-9 outputs a change in the output signal of the first-stage latch 11-9 when an opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverter INV124-9 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to the nodes / H111 and H112.
[0135]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-8 of second stage latch 12-9. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-5 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-8 turns on, the PMOS transistor PT123-8 turns off, and the node J121-8 becomes low level.
At this time, the clocked inverter INV124-9 cannot output a high level, and the high-level data Q is promptly output from the inverter INV122-8.
Therefore, high-level data Q is output from inverter INV122-8 quickly without preventing node J121-8 from changing to low level.
The data at the node J121-8 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-8 and INV124-9.
[0136]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0137]
According to the tenth embodiment, in addition to the effects of the ninth embodiment, high-level data can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0138]
Eleventh embodiment
FIG. 12 is a circuit diagram showing an eleventh embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0139]
The eleventh embodiment differs from the above-described sixth embodiment in the configuration of the latch section of the first-stage latch 11-10.
Specifically, in the latch unit 210 according to the eleventh embodiment, the connection position of the NMOS transistor NT212 as the fifth switching element and the NMOS transistor NT213 as the seventh switching element in the first signal path SP211 And the connection position of the drain of the NMOS transistor NT214 as the ninth switching element, and the connection position of the NMOS transistor NT216 as the sixth switching element and the NMOS transistor NT217 as the eighth switching element in the second signal path SP212. , And the connection position of the drain of the NMOS transistor NT218 as the tenth switching element is changed.
[0140]
Specifically, in the first signal path SP211, the drain of the NMOS transistor NT212 is connected to the second intermediate node G211, the source is connected to the ground potential GND, and the drain of the NMOS transistor NT213 is connected to the first intermediate node F211. And the source is connected to the second intermediate node G211. Further, the drain of the NMOS transistor NT214 is connected to the second intermediate node G211 instead of the first intermediate node F211.
Similarly, in the second signal path SP212, the drain of the NMOS transistor NT216 is connected to the fourth intermediate node G212, the source is connected to the ground potential GND, and the drain of the NMOS transistor NT217 is connected to the third intermediate node F212. Then, the source is connected to the fourth intermediate node G212. Further, the drain of the NMOS transistor NT218 is connected to the fourth intermediate node G212 instead of the third intermediate node F212.
[0141]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-10 shown in FIG. 12 will be described.
[0142]
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0143]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0144]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0145]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H111 and the second output node H112 are precharged to a high level.
As a result, regardless of the states of the data input signal D and the inverted signal Db, the first intermediate node F211 and the second intermediate node G211 are connected through the NMOS transistors NT213 and NT214 to the third intermediate node F212 and the fourth intermediate node. G212 is discharged to a low level through the NMOS transistors NT217 and NT218.
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, the charge is performed only on the first output node H111 and the second output node H112.
[0146]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first output node H111 is electrically connected to the ground potential GND. Therefore, the charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211, NT213 and NT214. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0147]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213, cuts off the NMOS transistors NT217 and NT218, increases the falling potential of the second output node H112, and completes the logic again. 1 is obtained and the high level is maintained.
[0148]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0149]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0150]
According to the eleventh embodiment, the same effects as those of the above-described sixth embodiment can be obtained.
[0151]
Twelfth embodiment
FIG. 13 is a circuit diagram showing a twelfth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0152]
The twelfth embodiment is different from the above-described eleventh embodiment in that inverters INV121-11 and INV122-11 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-11. .
[0153]
Other configurations are the same as those of the above-described eleventh embodiment.
[0154]
According to the twelfth embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
The setup time can be shortened by the first-stage latch 11-10 at the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-10 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay becomes longer by inserting an inverter, the overall advantage is that high-speed operation can be realized and power consumption can be reduced without depending on the circuit design method. is there.
[0155]
13th embodiment
FIG. 14 is a circuit diagram showing a thirteenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0156]
The difference between the thirteenth embodiment and the eleventh embodiment is that the second stage latch 12-12 transmits a change in the output signal of the first stage (previous stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0157]
Specifically, the second-stage latch 12-12 is configured by four 2-input NAND gates NA121-12 to NA124-12.
A first input terminal of NAND gate NA121-12 is connected to first output node H111 of first stage latch 11-10, and a second input terminal is an output terminal of NAND gate NA122-12 and a second input terminal of NAND gate NA124-12. 1 input terminal, and these connection points constitute a node I121-12.
A first input terminal of the NAND gate NA122-12 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-10, and a second input terminal is an output terminal of the NAMD gate NA121-12 and a first input terminal of the NAND gate NA123-12. These terminals are connected to input terminals, and these connection points constitute a node I122-12.
The second input terminal of the NAND gate NA123-12 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-10, and the second input terminal of the NAND gate NA124-12 is connected to the first input of the first-stage latch 11-10. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-12 outputs data Q from the NAND gate NA124-12 and outputs inverted data Qb from the NAND gate NA123-12.
[0158]
For example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 goes to a low level, and quickly goes higher than NAND gate NA124-12 of second stage latch 12-12. The level data Q is output.
The output data Qb of the NAND gate NA123-12 goes low via the NAND gate NA121-12.
[0159]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0160]
According to the thirteenth embodiment, the second stage latch 12-12 is provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0161]
14th embodiment
FIG. 15 is a circuit diagram showing a fourteenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0162]
The fourteenth embodiment differs from the eleventh embodiment in the circuit configuration of the second-stage latches 12-13.
[0163]
Specifically, as shown in FIG. 15, the second stage latch 12-13 has inverters INV121-13 to INV124-13, a PMOS transistor PT123-13, and an NMOS transistor NT121-13.
[0164]
The source of the PMOS transistor PT123-13 is at the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-13, and this connection point constitutes the node J121-13. The source of the NMOS transistor NT121-13 is connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-13 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-10, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-13. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-13 and the gate of the NMOS transistor NT121-13 is referred to as a node / H111.
The node J121-13 is connected to the input terminals of the inverters INV122-13 and INV123-13 and the output terminal of the inverter INV124-13.
The output terminal of the inverter INV123-13 is connected to the input terminal of the inverter INV124-13, and the connection point forms the node J122-13. A latch is constituted by the inverters INV123-13 and INV124-13.
Then, the second-stage latch 12-13 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-13.
[0165]
In this case, for example, if data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-13 of second-stage latch 12-13. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-10 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-13 turns on, the PMOS transistor PT123-13 turns off, the node J121-13 goes low, and the high-level data Q is output from the inverter INV122-13 immediately.
Note that the level of the data at the node J121-13 is maintained even when the clock signal CK is switched to a low level by the cross latch of the inverters INV123-13 and INV124-13.
[0166]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0167]
According to the fourteenth embodiment, the second stage latches 12-13 are provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0168]
15th embodiment
FIG. 16 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a fifteenth embodiment of the present invention.
[0169]
The fifteenth embodiment is different from the above-described fourteenth embodiment in that the second-stage latch 12-14 outputs a change in the output signal of the first-stage latch 11-10 when an opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverter INV124-14 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to the nodes / H111 and H112.
[0170]
In this case, for example, if data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-13 of second stage latch 12-14. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-10 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-13 turns on, the PMOS transistor PT123-13 turns off, and the node J121-13 goes to low level.
At this time, the clocked inverter INV124-14 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-13.
Therefore, high-level data Q is output from inverter INV122-13 immediately without preventing node J121-13 from changing to low level.
Further, the data at the node J121-13 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-13 and INV124-14.
[0171]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0172]
According to the fifteenth embodiment, in addition to the effects of the fourteenth embodiment, high-level data can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0173]
Sixteenth embodiment
FIG. 17 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a sixteenth embodiment of the present invention.
[0174]
The sixteenth embodiment differs from the above-described sixth embodiment in the configuration of the latch section of the first-stage latches 11-15.
Specifically, in the latch unit 215 according to the sixteenth embodiment, the connection position of the NMOS transistor NT212 as the fifth switching element and the NMOS transistor NT213 as the seventh switching element in the first signal path SP211 In addition, the connection position between the NMOS transistor NT216 as the sixth switching element and the NMOS transistor NT217 as the eighth switching element in the second signal path SP212 is changed.
[0175]
Specifically, in the first signal path SP211, the drain of the NMOS transistor NT212 is connected to the second intermediate node G211, the source is connected to the ground potential GND, and the drain of the NMOS transistor NT213 is connected to the first intermediate node F211. And the source is connected to the second intermediate node G211.
Similarly, in the second signal path SP212, the drain of the NMOS transistor NT216 is connected to the fourth intermediate node G212, the source is connected to the ground potential GND, and the drain of the NMOS transistor NT217 is connected to the third intermediate node F212. Then, the source is connected to the fourth intermediate node G212.
[0176]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-4 of FIG. 17 will be described.
[0177]
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0178]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0179]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0180]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H111 and the second output node H112 are precharged to a high level.
As a result, regardless of the states of the data input signal D and the inverted signal Db, the first intermediate node F211 is discharged through the NMOS transistor NT214, and the third intermediate node F212 is discharged through the NMOS transistor NT218 to be at a low level.
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, the charge is performed only on the first output node H111 and the second output node H112.
[0181]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first signal path SP211 is electrically connected from the first output node H111 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211 to NT213 and NT214. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0182]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213, cuts off the NMOS transistors NT217 and NT218, increases the falling potential of the second output node H112, and completes the logic again. 1 is obtained and the high level is maintained.
[0183]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0184]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0185]
According to the sixteenth embodiment, the same effects as those of the above-described sixth embodiment can be obtained.
[0186]
Seventeenth embodiment
FIG. 18 is a circuit diagram showing a seventeenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0187]
The seventeenth embodiment is different from the above-described sixteenth embodiment in that inverters INV121-16 and INV122-16 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-16. .
[0188]
Other configurations are the same as those of the above-described sixteenth embodiment.
[0189]
According to the seventeenth embodiment, it is possible to suppress the influence of crosstalk and the like.
Further, the setup time can be shortened by the first-stage latch 11-15 in the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-15 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0190]
18th embodiment
FIG. 19 is a circuit diagram showing an eighteenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0191]
The nineteenth embodiment is different from the sixteenth embodiment in that the second-stage latch 12-17 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0192]
Specifically, the second-stage latch 12-17 is constituted by four 2-input NAND gates NA121-17 to NA124-17.
A first input terminal of the NAND gate NA121-17 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-15, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA122-17 and the first input terminal of the NAND gate NA124-17. The input terminal is connected to one input terminal, and these connection points constitute a node I121-17.
A first input terminal of the NAND gate NA122-17 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-15, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAMD gate NA121-17 and the first input terminal of the NAND gate NA123-17. These terminals are connected to input terminals, and these connection points constitute a node I122-17.
A second input terminal of the NAND gate NA123-17 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-15, and a second input terminal of the NAND gate NA124-17 is connected to the first node of the first-stage latch 11-15. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-17 outputs the data Q from the NAND gate NA124-17, and outputs the inverted data Qb from the NAND gate NA123-17.
[0193]
For example, if the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level, and quickly goes to a high level from the NAND gate NA124-17 of the second-stage latch 12-17. Is output.
The output data Qb of the NAND gate NA123-17 goes low via the NAND gate NA121-17.
[0194]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0195]
According to the eighteenth embodiment, the second stage latch 12-17 is provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0196]
19th embodiment
FIG. 20 is a circuit diagram showing a nineteenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0197]
The twentieth embodiment differs from the above-described sixteenth embodiment in the circuit configuration of the second-stage latches 12-18.
[0198]
Specifically, as shown in FIG. 20, the second-stage latch 12-18 has inverters INV121-18 to INV124-18, a PMOS transistor PT123-18, and an NMOS transistor NT121-18.
[0199]
The source of the PMOS transistor PT123-18 has the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-18, and this connection point constitutes the node J121-18. The source of the NMOS transistor NT121-18 is connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-18 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-15, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-18. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-18 and the gate of the NMOS transistor NT121-18 is referred to as a node / H111.
The node J121-18 is connected to the input terminals of the inverters INV122-18 and INV123-18 and the output terminal of the inverter INV124-18.
The output terminal of the inverter INV123-18 is connected to the input terminal of the inverter INV124-18, and the connection point forms a node J122-18. A latch is constituted by the inverters INV123-18 and INV124-18.
Then, the second-stage latch 12-18 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-18.
[0200]
In this case, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-18 of second stage latch 12-18. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-15 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-18 turns on, the PMOS transistor PT123-18 turns off, the node J121-18 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-18.
The level of the data at the node J121-18 is maintained even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-18 and INV124-18.
[0201]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0202]
According to the nineteenth embodiment, the second stage latch 12-19 is provided with a circuit for transmitting the output signal change of the first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0203]
Twentieth embodiment
FIG. 21 is a circuit diagram showing a twentieth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0204]
The twentieth embodiment is different from the above-described nineteenth embodiment in that the second-stage latch 12-19 outputs a change in the output signal of the first-stage latch 11-15 when an opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverter INV124-19 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to nodes / H111 and H112.
[0205]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-18 of second stage latch 12-19. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-15 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-18 turns on, the PMOS transistor PT123-18 turns off, and the node J121-18 becomes low level.
At this time, the clocked inverter INV124-19 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-18.
Therefore, high-level data Q is output from inverter INV122-18 immediately without preventing node J121-18 from changing to low level.
Further, the data at the node J121-18 is held at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-18 and INV124-19.
[0206]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0207]
According to the twentieth embodiment, in addition to the effects of the nineteenth embodiment, high-level data can be output more quickly than in a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0208]
21st embodiment
FIG. 22 is a circuit diagram showing a twenty-first embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0209]
The difference between the twenty-first embodiment and the sixth embodiment is the configuration of the latch section of the first-stage latch 11-20.
Specifically, in the latch unit 220 according to the twenty-first embodiment, the connection position of the source of the NMOS transistor NT214 as the ninth switching element and the connection of the source of the NMOS transistor NT218 as the tenth switching element The position has changed.
[0210]
Specifically, the source of the NMOS transistor NT214 is connected to the fourth intermediate node G212 instead of being grounded.
Similarly, the source of the NMOS transistor NT218 is connected to the second intermediate node G211 instead of being grounded.
[0211]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-20 of FIG. 22 will be described.
[0212]
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0213]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0214]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0215]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H211 and the second output node H212 are precharged to a high level.
Further, since one of the data input signal D and the inverted signal Db is at a high level, either the NMOS transistor NT212 or the NMOS transistor NT216 is in the ON state.
As a result, the first intermediate node F211 and the second intermediate node G211 are discharged at the low level through the NMOS transistors NT213 and NT212 or the NMOS transistors NT213, NT214, NT218, and NT216 and are held at the low level. .
Similarly, the third intermediate node F212 and the fourth intermediate node G212 are discharged through the NMOS transistors NT217 and NT216 or the NMOS transistors NT217, NT214, NT218, and NT212, and are held at a low level. .
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, the charge is performed only on the first output node H111 and the second output node H112.
[0216]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Therefore, when the power supply voltage is VDD[V] Assuming that the threshold value of the NMOS transistor is Vthn, the potentials of the first intermediate node F211 and the second intermediate node F212 at this time are (VDD−Vthn) [V]. Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first signal path SP211 is electrically connected from the first output node H111 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211 to NT213. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0217]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213, cuts off the NMOS transistors NT217 and NT218, increases the falling potential of the second output node H112, and completes the logic again. 1 is obtained and the high level is maintained.
[0218]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0219]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0220]
According to the twenty-first embodiment, the same effects as those of the above-described sixth embodiment can be obtained.
[0221]
Twenty-second embodiment
FIG. 23 is a circuit diagram showing a twenty-second embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0222]
The twenty-second embodiment is different from the twenty-first embodiment in that inverters INV121-21 and INV122-21 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-21. .
[0223]
Other configurations are the same as those of the above-described twenty-first embodiment.
[0224]
According to the twenty-second embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
Further, the setup time can be shortened by the first-stage latch 11-20 at the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-20 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0225]
Twenty-third embodiment
FIG. 24 is a circuit diagram showing a twenty-third embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0226]
The twenty-third embodiment is different from the twenty-first embodiment in that the second-stage latch 12-22 transmits the output signal change of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0227]
Specifically, the second-stage latch 12-22 is constituted by four 2-input NAND gates NA121-22 to NA124-22.
A first input terminal of the NAND gate NA121-22 is connected to the first output node H111 of the first stage latch 11-20, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA122-22 and the second input terminal of the NAND gate NA124-22. 1 input terminal, and these connection points constitute a node I121-22.
A first input terminal of the NAND gate NA122-22 is connected to the second node H112 of the first stage latch 11-20, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAMD gate NA121-22 and the first terminal of the NAND gate NA123-22. These terminals are connected to input terminals, and these connection points constitute a node I122-22.
The second input terminal of the NAND gate NA123-22 is connected to the second node H112 of the first stage latch 11-20, and the second input terminal of the NAND gate NA124-22 is connected to the first node of the first stage latch 11-20. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-22 outputs data Q from the NAND gate NA124-22, and outputs inverted data Qb from the NAND gate NA123-22.
[0228]
For example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 goes to a low level and quickly goes higher than NAND gate NA124-22 of second stage latch 12-22. The level data Q is output.
Further, the output data Qb of the NAND gate NA123-22 goes to a low level via the NAND gate NA121-22.
[0229]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0230]
According to the twenty-third embodiment, the second stage latch 12-22 has a circuit for transmitting the output signal change of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0231]
Twenty-fourth embodiment
FIG. 25 is a circuit diagram showing a twenty-fourth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0232]
The twenty-fourth embodiment differs from the twenty-first embodiment in the circuit configuration of the second-stage latches 12-23.
[0233]
Specifically, as shown in FIG. 25, the second-stage latch 12-23 has inverters INV121-23 to INV124-23, a PMOS transistor PT123-23, and an NMOS transistor NT121-23.
[0234]
The source of the PMOS transistors PT123-23 is the power supply voltage VDDAnd the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-23, and this connection point constitutes the node J121-23. The sources of the NMOS transistors NT121-23 are connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-23 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-20, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-23. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-23 and the gate of the NMOS transistor NT121-23 is referred to as a node / H111.
The node J121-23 is connected to the input terminals of the inverters INV122-23 and INV123-23 and the output terminal of the inverter INV124-23.
The output terminal of the inverter INV123-23 is connected to the input terminal of the inverter INV124-23, and the connection point forms the node J122-23. A latch is constituted by these inverters INV123-23 and INV124-23.
Then, the second-stage latch 12-23 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-23.
[0235]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level and output node of inverter INV121-23 of second stage latch 12-23. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-20 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-23 turns on, the PMOS transistor PT123-23 turns off, the node J121-23 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-23.
The data at the node J121-23 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-23 and INV124-23.
[0236]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0237]
According to the twenty-fourth embodiment, the second stage latches 12-23 are provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0238]
Twenty-fifth embodiment
FIG. 26 is a circuit diagram showing a twenty-fifth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0239]
The twenty-fifth embodiment is different from the above-described twenty-fourth embodiment in that the second-stage latch 12-24 outputs a change in the output signal of the first-stage latch 11-20 when an opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverters INV124-24 constituting the cross latch are constituted by clocked inverters (Clocked Inverters) connected to the nodes / H111 and H112.
[0240]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-23 of second stage latch 12-24. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-20 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-23 turns on, the PMOS transistor PT123-23 turns off, and the node J121-23 goes low.
At this time, the clocked inverters INV124-24 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverters INV122-23.
Therefore, high-level data Q is output from inverter INV122-23 promptly without preventing node J121-23 from changing to low level.
The data at the node J121-23 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-23 and INV124-24.
[0241]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0242]
According to the twenty-fifth embodiment, in addition to the effect of the twenty-fourth embodiment, high-level data can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0243]
26th embodiment
FIG. 27 is a circuit diagram showing a twenty-sixth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0244]
The twenty-sixth embodiment is different from the twenty-first embodiment in the configuration of the latch section of the first-stage latches 11-25.
Specifically, in the latch unit 225 according to the twenty-sixth embodiment, the gates of the second intermediate node G211 and the fourth intermediate node G212 are connected to the power supply voltage VDDAre connected by an NMOS transistor NT219 which functions as an on-resistance and is connected to the supply line.
[0245]
Other configurations are the same as those of the above-described twenty-first embodiment.
[0246]
The operation according to the twenty-sixth embodiment is basically performed in the same manner as the operation according to the twenty-first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
[0247]
According to the twenty-sixth embodiment, the same effects as those of the sixth and twenty-first embodiments can be obtained.
[0248]
Twenty-seventh embodiment
FIG. 28 is a circuit diagram showing a twenty-seventh embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0249]
The twenty-seventh embodiment is different from the twenty-sixth embodiment in that the inverters INV121-26 and INV122-26 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-26. .
[0250]
Other configurations are the same as those in the twenty-sixth embodiment described above.
[0251]
According to the twenty-seventh embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
In addition, the setup time can be shortened by the first-stage latch 11-25 at the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-25 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0252]
Twenty-eighth embodiment
FIG. 29 is a circuit diagram showing a twenty-eighth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0253]
The twenty-eighth embodiment differs from the twenty-sixth embodiment in that the second-stage latch 12-27 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0254]
Specifically, the second-stage latch 12-27 is constituted by four 2-input NAND gates NA121-27 to NA124-27.
A first input terminal of NAND gate NA121-27 is connected to first output node H111 of first stage latch 11-25, and a second input terminal is an output terminal of NAND gate NA122-27 and a second input terminal of NAND gate NA124-27. 1 input terminal, and these connection points constitute a node I121-27.
A first input terminal of the NAND gate NA122-27 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-25, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAMD gate NA121-27 and the first input terminal of the NAND gate NA123-27. The input terminals are connected to each other, and these connection points constitute a node I122-27.
The second input terminal of the NAND gate NA123-27 is connected to the second node H112 of the first stage latch 11-25, and the second input terminal of the NAND gate NA124-27 is connected to the first node of the first stage latch 11-25. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-27 outputs data Q from the NAND gate NA124-27, and outputs inverted data Qb from the NAND gate NA123-27.
[0255]
For example, if the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level and quickly goes high from the NAND gate NA124-27 of the second-stage latch 12-27. The level data Q is output.
The output data Qb of the NAND gates NA123-27 goes low via the NAND gates NA121-27.
[0256]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0257]
According to the twenty-eighth embodiment, the second stage latch 12-27 is provided with a circuit for transmitting a change in the output signal of the preceding first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0258]
Twenty-ninth embodiment
FIG. 30 is a circuit diagram showing a twenty-ninth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0259]
The difference between the twenty-ninth embodiment and the twenty-sixth embodiment lies in the circuit configuration of the second-stage latches 12-28.
[0260]
Specifically, as shown in FIG. 30, the second-stage latch 12-28 has inverters INV121-28 to INV124-28, a PMOS transistor PT123-28, and an NMOS transistor NT121-28.
[0261]
The source of the PMOS transistor PT123-28 is the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-28, and this connection point constitutes the node J121-28. The source of the NMOS transistor NT121-28 is connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-28 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-25, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-28. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-28 and the gate of the NMOS transistor NT121-28 is defined as a node / H111.
Node J121-28 is connected to the input terminals of inverters INV122-28 and INV123-28 and the output terminal of inverter INV124-28.
The output terminal of the inverter INV123-28 is connected to the input terminal of the inverter INV124-28, and the connection point forms a node J122-28. A latch is formed by the inverters INV123-28 and INV124-28.
Then, the second-stage latch 12-28 outputs data Q from the output terminal of the inverter INV122-28.
[0262]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-28 of second stage latch 12-28. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-25 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-28 turns on, the PMOS transistor PT123-28 turns off, the node J121-28 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-28.
Note that the level of the data at the nodes J121-28 is maintained even when the clock signal CK is switched to a low level by the cross latch of the inverters INV123-28 and INV124-28.
[0263]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0264]
According to the twenty-ninth embodiment, the second stage latch 12-28 is provided with a circuit for transmitting the change in the output signal of the first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0265]
30th embodiment
FIG. 31 is a circuit diagram showing a thirtieth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0266]
The difference of the thirtieth embodiment from the twenty-ninth embodiment is that the second-stage latch 12-29 outputs the change of the output signal of the first-stage latch 11-25 when the opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
More specifically, the inverter INV124-29 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to the nodes / H111 and H112.
[0267]
In this case, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output node of inverter INV121-28 of second stage latch 12-29. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-25 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-28 turns on, the PMOS transistor PT123-28 turns off, and the node J121-28 goes low.
At this time, the clocked inverter INV124-29 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-28.
Therefore, high-level data Q is output from inverter INV122-28 promptly without preventing node J121-28 from changing to low level.
Further, the data at the nodes J121-28 is held at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-28 and INV124-29.
[0268]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0269]
According to the thirtieth embodiment, in addition to the effects of the twenty-ninth embodiment, high-level data can be output more quickly than in a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0270]
31st embodiment
FIG. 32 is a circuit diagram showing a thirty-first embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0271]
The thirty-first embodiment differs from the above-described sixth embodiment in the configuration of the latch section of the first-stage latches 11-30.
Specifically, in the latch section 230 according to the thirty-first embodiment, the connection position of the NMOS transistor NT211 as the third switching element and the NMOS transistor NT215 as the fifth switching element in the first signal path SP211 And the connection position of the drain of the NMOS transistor NT214 as the ninth switching element, and the connection position of the NMOS transistor NT215 as the fourth switching element and the NMOS transistor NT216 as the sixth switching element in the second signal path SP212. , And the connection position of the drain of the NMOS transistor NT218 as the tenth switching element.
[0272]
Specifically, in the first signal path SP211, the drain of the NMOS transistor NT211 is connected to the first intermediate node F211, the source is connected to the second intermediate node G211 and the drain of the NMOS transistor NT212 is connected to the first intermediate node F211. The output H111 is connected, and the source is connected to the first intermediate node F211. The drain of the NMOS transistor NT214 is connected to the first output node H111, and the source is connected to the first intermediate node F211.
Similarly, in the second signal path SP212, the drain of the NMOS transistor NT215 is connected to the third intermediate node F212, the source is connected to the fourth intermediate node G212, and the drain of the NMOS transistor NT216 is connected to the second output H112. And the source is connected to the third intermediate node F212. The drain of the NMOS transistor NT218 is connected to the second output node H112, and the source is connected to the third intermediate node F212.
[0273]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-30 of FIG. 32 will be described.
[0274]
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0275]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0276]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0277]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the second intermediate node G212 and the fourth intermediate node G212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H111 and the second output node H112 are precharged to a high level.
Further, since one of the data input signal D and the inverted signal Db is at a high level, either the NMOS transistor NT212 or the NMOS transistor NT216 is in the ON state.
As a result, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212DD-Vth) level.
The second intermediate node G211 is discharged at the low level through the NMOS transistor NT213.
Similarly, the electric charge of the fourth intermediate node G212 is discharged through the NMOS transistor NT217 and is maintained at the low level.
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, charge is charged only to the first output node H111 and the second output node H112, and to the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212. Done.
[0278]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first signal path SP211 is electrically connected from the first output node H111 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211 to NT213 and NT214. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0279]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213, cuts off the NMOS transistors NT217 and NT218, increases the falling potential of the second output node H112, and completes the logic again. 1 is obtained and the high level is maintained.
[0280]
When the data input signal D is at a high level, the level of the fourth intermediate node G212 becomes (VDD-Vth) / 2 level.
[0281]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
In this case, the level of the fourth intermediate node G212 is the ground level, but the level of the second intermediate node G211 is (VDD-Vth) / 2 level.
[0282]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0283]
According to the thirty-first embodiment, the same effects as those of the above-described sixth embodiment can be obtained.
[0284]
32nd embodiment
FIG. 33 is a circuit diagram showing a 32nd embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0285]
The 32nd embodiment differs from the 31st embodiment in that the inverters INV121-31 and INV122-31 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-31. .
[0286]
Other configurations are the same as those of the above-described thirty-first embodiment.
[0287]
According to the thirty-second embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
Further, the setup time can be shortened by the first-stage latch 11-30 at the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-30 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0288]
33rd embodiment
FIG. 34 is a circuit diagram showing a thirty-third embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0289]
The thirty-third embodiment is different from the thirty-first embodiment in that the second-stage latch 12-32 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0290]
Specifically, the second-stage latch 12-32 is configured by four 2-input NAND gates NA121-32 to NA124-32.
A first input terminal of the NAND gate NA121-32 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-30, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA122-32 and the second input terminal of the NAND gate NA124-32. These terminals are connected to one input terminal, and these connection points constitute a node I121-32.
A first input terminal of the NAND gate NA122-32 is connected to a second node H112 of the first-stage latch 11-30, and a second input terminal is an output terminal of the NAMD gate NA121-32 and a first input terminal of the NAND gate NA123-32. Nodes I122-32 are connected to input terminals, and these connection points constitute nodes I122-32.
The second input terminal of NAND gate NA123-32 is connected to the second node H112 of first stage latch 11-30, and the second input terminal of NAND gate NA124-32 is connected to the first node of first stage latch 11-30. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-32 outputs the data Q from the NAND gate NA124-32, and outputs the inverted data Qb from the NAND gate NA123-32.
[0291]
For example, if the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level and quickly goes higher than the NAND gate NA124-32 of the second stage latch 12-32. The level data Q is output.
The output data Qb of the NAND gates NA123-32 goes low through the NAND gates NA121-32.
[0292]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0293]
According to the thirty-third embodiment, in the second-stage latch 12-32, a circuit for transmitting a change in the output signal of the preceding first-stage latch to the final output signal in a short time is provided. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0294]
34th embodiment
FIG. 35 is a circuit diagram showing a 34th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0295]
The thirty-fourth embodiment differs from the thirty-first embodiment in the circuit configuration of the second-stage latches 12-33.
[0296]
Specifically, as shown in FIG. 35, the second-stage latch 12-33 has inverters INV121-33 to INV124-33, a PMOS transistor PT123-33, and an NMOS transistor NT121-33.
[0297]
The source of the PMOS transistor PT123-33 is the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-33, and this connection point constitutes the node J121-33. The sources of the NMOS transistors NT121-33 are connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-33 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-30, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-33. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-33 and the gate of the NMOS transistor NT121-33 is defined as a node / H111.
Nodes J121-33 are connected to the input terminals of the inverters INV122-33 and INV123-33 and the output terminals of the inverters INV124-33.
The output terminal of the inverter INV123-33 is connected to the input terminal of the inverter INV124-33, and the connection point constitutes the node J122-33. A latch is formed by the inverters INV123-33 and INV124-33.
Then, the second-stage latches 12-33 output the data Q from the output terminals of the inverters INV122-33.
[0298]
In this case, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output nodes of inverters INV121-33 of second stage latches 12-33. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-30 is at the high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-33 turns on, the PMOS transistor PT123-33 turns off, the node J121-33 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-33.
Note that the data at the nodes J121-33 is maintained at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch of the inverters INV123-33 and INV124-33.
[0299]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0300]
According to the thirty-fourth embodiment, in the second-stage latches 12-33, a circuit for transmitting a change in the output signal of the first-stage latch to the final output signal in a short time is provided. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0301]
35th embodiment
FIG. 36 is a circuit diagram showing a 35th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0302]
The thirty-fifth embodiment is different from the above-described thirty-fourth embodiment in that the second-stage latch 12-34 outputs the change in the output signal of the first-stage latch 11-30 when an opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
Specifically, the inverters INV124-34 constituting the cross latch are constituted by clocked inverters (Clocked Inverters) connected to the nodes / H111 and H112.
[0303]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output nodes of inverters INV121-33 of second stage latches 12-34. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latch 11-30 is at the high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-33 turns on, the PMOS transistor PT123-33 turns off, and the node J121-33 goes low.
At this time, the clocked inverters INV124-34 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverters INV122-33.
Therefore, high-level data Q is output from inverters INV122-33 immediately without preventing nodes J121-33 from changing to low level.
The data at the nodes J121-33 is held at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch between the inverters INV123-33 and INV124-34.
[0304]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0305]
According to the thirty-fifth embodiment, in addition to the effects of the thirty-fourth embodiment, high-level data can be output more quickly than in a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0306]
36th embodiment
FIG. 37 is a circuit diagram showing a 36th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0307]
The thirty-sixth embodiment is different from the twenty-sixth embodiment in the configuration of the latch section of the first-stage latches 11-35.
Specifically, in the latch section 235 according to the thirty-sixth embodiment, the connection position between the NMOS transistor NT211 as the third switching element and the NMOS transistor NT215 as the fifth switching element in the first signal path SP211 Further, the connection position between the NMOS transistor NT215 as the fourth switching element and the NMOS transistor NT216 as the sixth switching element in the second signal path SP212 is changed.
[0308]
Specifically, in the first signal path SP211, the drain of the NMOS transistor NT211 is connected to the first intermediate node F211, the source is connected to the second intermediate node G211 and the drain of the NMOS transistor NT212 is connected to the first intermediate node F211. The output H111 is connected, and the source is connected to the first intermediate node F211. The drain of the NMOS transistor NT214 is connected to the first output node H111, and the source is connected to the first intermediate node F211.
Similarly, in the second signal path SP212, the drain of the NMOS transistor NT215 is connected to the third intermediate node F212, the source is connected to the fourth intermediate node G212, and the drain of the NMOS transistor NT216 is connected to the second output H112. And the source is connected to the third intermediate node F212. The drain of the NMOS transistor NT218 is connected to the second output node H112, and the source is connected to the third intermediate node F212.
[0309]
Next, the operation of the sense amplifier type D flip-flop 10-35 of FIG. 37 will be described.
Here, it is assumed that the output data Q from the second-stage latch 12 is held at a low level, and the inverted output data Qb is held at a high level.
First, at this time, for example, the data input signal D is supplied at a high level and its inverted signal Db is supplied at a low level. That is, the input data D on the non-inverting side and the input data Db on the inverted side are output data Q and output. Description will be made assuming that data Qb is supplied at different levels (levels do not match).
[0310]
While the clock signal CK is at the low level, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned on, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off.
[0311]
Further, since the output data Q is held at the low level and the inverted output data Qb is held at the high level, the PMOS transistors PT116 and PT119 and the NMOS transistor NT120 are turned on, and the PMOS transistors PT115, PT120 and the NMOS transistor NT119 are turned on. Turns off.
Since the data input signal D is supplied at a high level and the inverted signal Db is supplied at a low level, the PMOS transistors PT118 and PT121 and the NMOS transistor NT117 are turned on, and the PMOS transistors PT117, PT122 and the NMOS transistor NT118 are turned off. Become.
As a result, the PMOS transistors PT121, PT119, PT111 and PT118, PT116, PT114 behave equivalently as resistors, through which the first output node H111 and the second output node H112 connect to the power supply voltage V.DDIs electrically connected to the supply line (second potential source), and is precharged to a complete logic 1 potential (high level).
[0312]
Then, the PMOS transistors PT212 and PT213 are cut off.
At this time, since the NMOS transistors NT211 and NT215 are cut off, the second intermediate node G212 and the fourth intermediate node G212 are not charged.
On the other hand, the NMOS transistors NT213, NT214, NT217, and NT218 are turned on when the first output node H111 and the second output node H112 are precharged to a high level.
Further, since one of the data input signal D and the inverted signal Db is at a high level, either the NMOS transistor NT212 or the NMOS transistor NT216 is in the ON state.
As a result, the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212DD-Vth) level.
In addition, the second intermediate node G211 is discharged through the NMOS transistor NT212 or the NMOS transistors NT219 and NT216, and is kept at a low level.
Similarly, the electric charge of the fourth intermediate node G212 is discharged through the NMOS transistor NT216 or the NMOS transistors NT219 and NT212 and is maintained at the low level.
Therefore, during the period when the clock signal CK is at the low level, charge is charged only to the first output node H111 and the second output node H112, and to the first intermediate node F211 and the third intermediate node F212. Done.
[0313]
Next, when the clock signal CK goes high, the PMOS transistors PT111 and PT114 are turned off, and the NMOS transistors NT211 and NT215 are turned on.
Here, when the data input signal D is supplied to the gate of the NMOS transistor NT212 at a high level and the inverted signal Db is supplied to the gate of the NMOS transistor NT216 at a low level, the NMOS transistor NT212 is turned on and the NMOS transistor NT216 is turned off. Become. At this time, the NMOS transistor NT213 remains on.
As a result, the first signal path SP211 is electrically connected from the first output node H111 to the ground potential GND. Therefore, the electric charge charged in the first output node H111 is discharged through the NMOS transistors NT211 to NT213. As a result, the first output node H111 becomes low level, and the high-level data Q is output from the NAND gate NA121 of the second stage latch 12.
[0314]
On the other hand, the electric charge of the second output node H112 is discharged for a very short time when the first output node H111 changes from the high level to the low level.
However, the decrease in the potential of the first output node H111 turns on the PMOS transistor PT213, cuts off the NMOS transistors NT217 and NT218, increases the falling potential of the second output node H112, and completes the logic again. 1 is obtained and the high level is maintained.
[0315]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0316]
The operation of the pre-setting unit 112 is performed in the same manner as in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0317]
According to the thirty-sixth embodiment, the same effects as those of the sixth and twenty-sixth embodiments can be obtained.
[0318]
37th embodiment
FIG. 38 is a circuit diagram showing a thirty-seventh embodiment of the sense amplifier D-type flip-flop according to the present invention.
[0319]
The 37th embodiment differs from the 36th embodiment in that the inverters INV121-36 and INV122-36 are arranged on the output side of the NAND gates NA121 and NA122 of the second-stage latch 12-36. .
[0320]
Other configurations are the same as those of the above-described thirty-sixth embodiment.
[0321]
According to the thirty-seventh embodiment, the influence of crosstalk and the like can be suppressed.
Further, the setup time can be shortened by the first-stage latch 11-35 in the preceding stage, and the output signal of the first-stage latch 11-35 can be determined in a short time, thereby reducing the valid delay. Therefore, even if the valid delay is lengthened by inserting an inverter, high-speed operation can be realized without depending on the circuit design method as a whole, and the advantage that power consumption can be reduced can be achieved. is there.
[0322]
38th embodiment
FIG. 39 is a circuit diagram showing a thirty-eighth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0323]
The thirty-eighth embodiment is different from the thirty-sixth embodiment in that the second-stage latch 12-37 transmits a change in the output signal of the first-stage (previous-stage) latch to the final output signal in a short time. Has been established.
[0324]
Specifically, the second-stage latch 12-37 is configured by four 2-input NAND gates NA121-37 to NA124-37.
A first input terminal of the NAND gate NA121-72 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-35, and a second input terminal is connected to the output terminal of the NAND gate NA122-37 and the second input terminal of the NAND gate NA124-37. These terminals are connected to one input terminal, and these connection points constitute nodes I121-37.
The first input terminal of the NAND gate NA122-32 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-35, and the second input terminal is the output terminal of the NAMD gate NA121-37 and the first input terminal of the NAND gate NA123-37. These terminals are connected to input terminals, and these connection points constitute a node I1122-37.
A second input terminal of the NAND gate NA123-37 is connected to the second node H112 of the first-stage latch 11-35, and a second input terminal of the NAND gate NA124-37 is connected to the first node of the first-stage latch 11-35. It is connected to the node H111.
Then, the second-stage latch 12-37 outputs the data Q from the NAND gates NA124-37, and outputs the inverted data Qb from the NAND gates NA123-37.
[0325]
For example, assuming that the data input signal D is at a high level and the inverted signal Db is at a low level, the first output node H111 goes to a low level and quickly goes high from the NAND gate NA124-37 of the second stage latch 12-37. The level data Q is output.
The output data Qb of the NAND gates NA123-37 goes low through the NAND gates NA121-37.
[0326]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0327]
According to the thirty-eighth embodiment, in the second-stage latches 12-37, a circuit for transmitting the output signal change of the preceding first-stage latch to the final output signal in a short time is provided. In addition to the effects of the embodiment, a high level can be output more quickly than in the conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0328]
39th embodiment
FIG. 40 is a circuit diagram showing a thirty-ninth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0329]
The 39th embodiment differs from the 36th embodiment in the circuit configuration of the second-stage latches 12-33.
[0330]
Specifically, as shown in FIG. 40, the second-stage latch 12-38 has inverters INV121-38 to INV124-38, a PMOS transistor PT123-38, and an NMOS transistor NT121-38.
[0331]
The source of the PMOS transistors PT123-38 is at the power supply voltage VDD, And the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NT121-38, and this connection point constitutes the node J121-38. Further, the sources of the NMOS transistors NT121-NT38 are connected to the ground potential GND.
The input terminal of the inverter INV121-38 is connected to the first output node H111 of the first-stage latch 11-35, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS transistor NT121-38. Here, a connection point between the output terminal of the inverter INV121-38 and the gate of the NMOS transistor NT121-38 is defined as a node / H111.
Nodes J121-33 are connected to the input terminals of the inverters INV122-38 and INV123-38 and the output terminals of the inverters INV124-38.
The output terminals of the inverters INV123-38 and the input terminals of the inverters INV124-38 are connected, and the connection point constitutes a node J122-38. A latch is formed by the inverters INV123-38 and INV124-38.
Then, the second-stage latch 12-38 outputs the data Q from the output terminal of the inverter INV122-38.
[0332]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level, and output nodes of inverters INV121-38 of second stage latches 12-38. / 111 becomes high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latches 11-35 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-38 turns on, the PMOS transistor PT123-38 turns off, the node J121-38 goes low, and the high-level data Q is output immediately from the inverter INV122-38.
Note that the level of the data at the nodes J121-38 is maintained even when the clock signal CK is switched to a low level by the cross latch of the inverters INV123-38 and INV124-38.
[0333]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0334]
According to the thirty-ninth embodiment, the second stage latch 12-38 is provided with a circuit for transmitting the output signal change of the first stage latch to the final output signal in a short time. In addition to the effect of the embodiment, a high level can be output more quickly than a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0335]
40th embodiment
FIG. 41 is a circuit diagram showing a fortieth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
[0336]
The fortieth embodiment is different from the forty-third embodiment in that the second-stage latches 12-39 change the output signal of the first-stage latches 11-35 when the opposite signal is held. At the same time, the circuit configuration is such that the reciprocal signal held in the second-stage latch is invalidated.
More specifically, the inverter INV124-39 constituting the cross latch is constituted by a clocked inverter (Clocked Inverter) connected to nodes / H111 and H112.
[0337]
In this case, for example, assuming that data input signal D is at a high level and inverted signal Db is at a low level, first output node H111 is at a low level and output nodes of inverters INV121-38 of second stage latches 12-39. / H111 is at a high level. At this time, the second output node H112 of the first-stage latches 11-35 is at a high level.
As a result, the NMOS transistor NT121-38 turns on, the PMOS transistor PT123-38 turns off, and the node J121-38 goes low.
At this time, the clocked inverters INV124-39 cannot output a high level, and the high-level data Q is output immediately from the inverters INV122-38.
Therefore, high-level data Q is output from inverters INV 122-38 promptly without preventing nodes J121-38 from changing to low level.
The data at the nodes J121-38 is held at the low level even when the clock signal CK is switched to the low level by the cross latch between the inverters INV123-38 and INV124-39.
[0338]
When the data input signal D is at a low level and the inverted signal Db is at a high level, an operation reverse to the above-described operation is performed. Here, the detailed description is omitted.
[0339]
According to the forty-first embodiment, in addition to the effects of the thirty-ninth embodiment, high-level data can be output more quickly than in a conventional circuit, so that high-speed operation is possible.
[0340]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the input data signal does not change (when the level of the input signal to the first-stage latch and the level of the output signal of the second-stage latch match), Since charge is not charged in the first stage by the clock signal, the power consumption of the clock system can be significantly reduced.
Further, according to the present invention, there is an advantage that high-speed operation can be realized without depending on a circuit design technique, and power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the D-type flip-flop in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a tenth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram showing an eleventh embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a twelfth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a thirteenth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 15 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a fourteenth embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a fifteenth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a circuit diagram showing a sense amplifier type D flip-flop according to a sixteenth embodiment of the present invention;
FIG. 18 is a circuit diagram showing a seventeenth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier D-type flip-flop according to an eighteenth embodiment of the present invention;
FIG. 20 is a circuit diagram showing a nineteenth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 21 is a circuit diagram showing a twentieth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 22 is a circuit diagram showing a twenty-first embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 23 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a twenty-second embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a circuit diagram showing a twenty-third embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 25 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier D-type flip-flop according to a twenty-fourth embodiment of the present invention;
FIG. 26 is a circuit diagram showing a twenty-fifth embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 27 is a circuit diagram showing a twenty-sixth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 28 is a circuit diagram showing a twenty-seventh embodiment of the sense amplifier D-type flip-flop according to the present invention.
FIG. 29 is a circuit diagram showing a twenty-eighth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 30 is a circuit diagram showing a twenty-ninth embodiment of a sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 31 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier D-type flip-flop according to a thirtieth embodiment of the present invention;
FIG. 32 is a circuit diagram showing a thirty-first embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention.
FIG. 33 is a circuit diagram showing a 32nd embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 34 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a thirty-third embodiment of the present invention;
FIG. 35 is a circuit diagram showing a 34th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 36 is a circuit diagram showing a 35th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 37 is a circuit diagram showing a 36th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 38 is a circuit diagram showing a 37th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 39 is a circuit diagram showing a 38th embodiment of the sense amplifier type D flip-flop according to the present invention;
FIG. 40 is a circuit diagram showing a sense amplifier D-type flip-flop according to a thirty-ninth embodiment of the present invention;
FIG. 41 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier D-type flip-flop according to a fortieth embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a circuit diagram showing a first configuration example of a conventional sense amplifier type D flip-flop.
FIG. 43 is a timing chart for explaining the operation of the D-type flip-flop in FIG. 42;
FIG. 44 is a circuit diagram showing a second configuration example of a conventional sense amplifier type D flip-flop.
[Explanation of symbols]
10, 10-1 to 10-39 ... sense amplifier type D flip-flop, 11, 11-5, 11-10, 11-15, 11-20, 11-25, 11-30, 11-35 ... first Stage latches, 12, 12-1 to 12-39,... Second stage latches, PT111 to PT123, PT212 to PT213,... PMOS transistors, NT111 to NT120, NT211 to NT219,. SP212: second signal path, NA121, NA122, NA121-2 to NA124-37: NAND gate, INV121-1 to INV124-39, inverter, 111, 200, 210, 215, 220, 225, 230, 235, latch Unit, 112... Pre-setting unit.

Claims (27)

第1および第2の電位レベルをとる同期信号が第2の電位レベルのときに入力されるデータの取り込みを行う第1段ラッチと、上記第1段ラッチのラッチデータをラッチする第2段ラッチとを含むフリップフロップであって、
上記第1段ラッチは、
第1の出力ノードと、
第2の出力ノードと、
第1の中間ノードと、
第2の中間ノードと、
第3の中間ノードと、
上記同期信号が第1の電位レベルのときに上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードに電荷を充電して第2の電位レベルに設定可能なプリ設定手段と、
上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第1のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第2のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第3のスイッチング手段と、
上記第2の出力ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続され、上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第4のスイッチング手段と、
上記第1の中間ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、データ入力信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第5のスイッチング手段と、
上記第2の中間ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第6のスイッチング手段と、
上記第3の中間ノードと基準電位との間に接続され、上記同期信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第7のスイッチング手段と、
抵抗成分を含み、上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードを接続する接続手段と、を有し、
上記プリ設定手段は、入力される上記データ入力信号および反転信号のレベルが変化しない場合には、上記同期信号が第1の電位レベルであっても、上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードへの電荷の充電を行わない
フリップフロップ。
A first-stage latch for taking in data input when the synchronization signal having the first and second potential levels is at the second potential level, and a second-stage latch for latching the latch data of the first-stage latch And a flip-flop comprising
The first stage latch includes:
A first output node;
A second output node;
A first intermediate node;
A second intermediate node;
A third intermediate node;
Pre-setting means capable of charging the first output node and the second output node when the synchronization signal is at the first potential level and setting the second output node to the second potential level;
The second output node conducts when the first output level is at the first potential level, connects the first output node to a second potential source, and maintains the non-conduction state at the second potential level. 1 switching means;
The first output node is conductive when the first output level is at the first potential level, connects the second output node to a second potential source, and is kept non-conductive at the second potential level. 2 switching means;
Connected between the first output node and the first intermediate node, held in a non-conductive state when the second output node is at a first potential level, and Third switching means for conducting;
Connected between the second output node and the second intermediate node, held in a non-conductive state when the first output node is at a first potential level, and Fourth switching means for conducting;
A third node, which is connected between the first intermediate node and the third intermediate node, is held in a non-conductive state when the data input signal is at the first potential level and is conductive when the data input signal is at the second potential level 5 switching means;
It is connected between the second intermediate node and the third intermediate node, is held in a non-conductive state when the inverted signal of the data input signal is at the first potential level, and is held when the inverted signal of the data input signal is at the second potential level. Sixth switching means for conducting,
Seventh switching means which is connected between the third intermediate node and a reference potential, is kept non-conductive when the synchronization signal is at the first potential level, and is conductive when it is at the second potential level When,
A connection unit that includes a resistance component and connects the first intermediate node and the second intermediate node;
The pre-setting means, when the levels of the input data input signal and the inverted signal do not change, keeps the first output node and the second output node even if the synchronization signal is at the first potential level. A flip-flop that does not charge the output node.
上記第2段ラッチは、上記第1の電位レベルと上記第2の電位レベルを相補的にとる正転データと反転データを第1のノードおよび第2のノードに保持し、
上記プリ設定手段は、
上記同期信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第8および第9のスイッチング素子と、
上記データ入力信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10および第11のスイッチング素子と、
上記データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第12および第13のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第1のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第14および第15のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第2のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第16および第17のスイッチング素子と、
上記データ入力信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第18のスイッチング素子と、
上記データ入力信号の反転信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第19のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第1のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第20のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第2のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第21のスイッチング素子と、を有し、
上記第1の出力ノードに上記第8のスイッチング素子が接続され、当該第8のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第10および第16のスイッチング素子が直列に接続され、上記第12および第14のスイッチング素子が上記第8のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第10および第16のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第1の出力ノードと基準電位との間に上記第18および第20のスイッチング素子が直列に接続され、
上記第2の出力ノードに上記第9のスイッチング素子が接続され、当該第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第13および第15のスイッチング素子が直列に接続され、上記第11および第17のスイッチング素子が上記第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第13および第15のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第2の出力ノードと基準電位との間に上記第19および第21のスイッチング素子が直列に接続されている
請求項1記載のフリップフロップ。
The second-stage latch holds, at a first node and a second node, non-inverted data and inverted data that take the first potential level and the second potential level complementarily,
The pre-setting means,
Eighth and ninth switching elements that are turned on when the synchronization signal is at the first potential level and are kept off when the synchronization signal is at the second potential level;
Tenth and eleventh switching elements that conduct when the data input signal is at the first potential level and are kept in a non-conductive state when the data input signal is at the second potential level;
A twelfth and a thirteenth switching element, which are turned on when the inverted signal of the data input signal is at the first potential level and are kept off when the inverted signal is at the second potential level;
Fourteenth and fifteenth switching elements that conduct when the first node of the second-stage latch is at the first potential level and are kept non-conductive when the second node is at the second potential level;
Sixteenth and seventeenth switching elements that conduct when the second node of the second-stage latch is at the first potential level and are kept off when the second node is at the second potential level;
An eighteenth switching element which is turned on when the data input signal is at the second potential level and is kept off when at the first potential level;
A nineteenth switching element that is turned on when the inverted signal of the data input signal is at the second potential level and is kept off when the inverted signal is at the first potential level;
A twentieth switching element which conducts when a first node of the second-stage latch is at a second potential level and is kept in a non-conductive state when the first node is at the first potential level;
A twenty-first switching element that is conductive when a second node of the second-stage latch is at a second potential level and is kept in a non-conductive state when the second node is at the first potential level;
The eighth switching element is connected to the first output node, and the tenth and sixteenth switching elements are connected in series between the eighth switching element and the second potential source. Twelfth and fourteenth switching elements are connected in parallel with the tenth and sixteenth switching elements between the eighth switching element and the second potential source, and are connected to the first output node and The eighteenth and twentieth switching elements are connected in series with a reference potential,
The ninth switching element is connected to the second output node, and the thirteenth and fifteenth switching elements are connected in series between the ninth switching element and the second potential source. Eleventh and seventeenth switching elements are connected in parallel to the thirteenth and fifteenth switching elements between the ninth switching element and the second potential source, and are connected to the second output node. 2. The flip-flop according to claim 1, wherein said nineteenth and twenty-first switching elements are connected in series between said reference potential and said reference potential.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項1記載のフリップフロップ。
2. The flip-flop according to claim 1, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項3記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 4. The flip-flop according to claim 3, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
第1および第2の電位レベルをとる同期信号が第2の電位レベルのときに入力されるデータの取り込みを行う第1段ラッチと、上記第1段ラッチのラッチデータをラッチする第2段ラッチとを含むフリップフロップであって、
上記第1段ラッチは、
第1の出力ノードと、
第2の出力ノードと、
上記第1の出力ノードと基準電位間の第1の信号経路に当該基準電位に向かって順に形成される第1および第2の中間ノードと、
上記第2の出力ノードと上記基準電位間の第2の信号経路に当該基準電位に向かって順に形成される第3および第4の中間ノードと、
同期信号が第1の電位レベルのときに上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードを第2の電位レベルに設定するプリ設定手段と、
上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第1のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードを第2の電位源に接続し、第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第2のスイッチング手段と、
上記同期信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第3および第4のスイッチング手段と、
データ入力信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第5のスイッチング手段と、
上記データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第6のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第7のスイッチング手段と、
上記第2の出力ノードが第1の電位レベルのときに非導通状態に保持され、第2の電位レベルのときに導通する第8のスイッチング手段と、
を有し、
上記第3、第5、および第7のスイッチング手段は、上記第1の信号経路に直列に接続され、少なくとも上記第3のスイッチング手段は、上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間、または上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続され、
上記第4、第6、および第8のスイッチング手段は、上記第2の信号経路に直列に接続され、少なくとも上記第4のスイッチング手段は、上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間、または上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続され、
上記プリ設定手段は、入力される上記データ入力信号および反転信号のレベルが変化しない場合には、上記同期信号が第1の電位レベルであっても、上記第1の出力ノードおよび上記第2の出力ノードへの電荷の充電を行わない
フリップフロップ。
A first-stage latch for taking in data input when the synchronization signal having the first and second potential levels is at the second potential level, and a second-stage latch for latching the latch data of the first-stage latch And a flip-flop comprising
The first stage latch includes:
A first output node;
A second output node;
First and second intermediate nodes sequentially formed on the first signal path between the first output node and the reference potential toward the reference potential;
Third and fourth intermediate nodes sequentially formed on the second signal path between the second output node and the reference potential toward the reference potential;
Pre-setting means for setting the first output node and the second output node to a second potential level when the synchronization signal is at the first potential level;
The second output node conducts when the first output level is at the first potential level, connects the first output node to a second potential source, and maintains the non-conduction state at the second potential level. 1 switching means;
The first output node is conductive when the first output level is at the first potential level, connects the second output node to a second potential source, and is kept non-conductive at the second potential level. 2 switching means;
Third and fourth switching means which are kept non-conductive when the synchronization signal is at a first potential level and are conductive when at the second potential level;
Fifth switching means which is kept off when the data input signal is at the first potential level and is conductive when it is at the second potential level;
Sixth switching means which is kept non-conductive when the inverted signal of the data input signal is at a first potential level and is conductive when it is at a second potential level;
A seventh switching means which is kept non-conductive when the first output node is at the first potential level and is conductive when it is at the second potential level;
Eighth switching means which is kept off when the second output node is at the first potential level and is conductive when it is at the second potential level;
Has,
The third, fifth, and seventh switching means are connected in series to the first signal path, and at least the third switching means includes a first output node and a first intermediate node. Or between the first intermediate node and the second intermediate node,
The fourth, sixth, and eighth switching means are connected in series to the second signal path, and at least the fourth switching means is connected to the second output node and the third intermediate node. Or between the third intermediate node and the fourth intermediate node,
The pre-setting means, when the levels of the input data input signal and the inverted signal do not change, keeps the first output node and the second output node even if the synchronization signal is at the first potential level. A flip-flop that does not charge the output node.
上記第2段ラッチは、上記第1の電位レベルと上記第2の電位レベルを相補的にとる正転データと反転データを第1のノードおよび第2のノードに保持し、
上記プリ設定手段は、
上記同期信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9および第10のスイッチング素子と、
上記データ入力信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第11および第12のスイッチング素子と、
上記データ入力信号の反転信号が第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第13および第14のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第1のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第15および第16のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第2のノードが第1の電位レベルのときに導通し、上記第2の電位レベルのときに非導通状態に保持される第17および第18のスイッチング素子と、
上記データ入力信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第19のスイッチング素子と、
上記データ入力信号の反転信号が第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第20のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第1のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第21のスイッチング素子と、
上記第2段ラッチの第2のノードが第2の電位レベルのときに導通し、上記第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第22のスイッチング素子と、を有し、
上記第1の出力ノードに上記第9のスイッチング素子が接続され、当該第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第11および第17のスイッチング素子が直列に接続され、上記第13および第15のスイッチング素子が上記第9のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第11および第17のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第1の出力ノードと基準電位との間に上記第19および第21のスイッチング素子が直列に接続され、
上記第2の出力ノードに上記第10のスイッチング素子が接続され、当該第10のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第14および第16のスイッチング素子が直列に接続され、上記第12および第18のスイッチング素子が上記第10のスイッチング素子と上記第2の電位源との間に上記第14および第16のスイッチング素子に対して並列に接続され、上記第2の出力ノードと基準電位との間に上記第20および第22のスイッチング素子が直列に接続されている
請求項5記載のフリップフロップ。
The second-stage latch holds, at a first node and a second node, non-inverted data and inverted data that take the first potential level and the second potential level complementarily,
The pre-setting means,
Ninth and tenth switching elements that conduct when the synchronization signal is at the first potential level and are kept non-conductive when the synchronization signal is at the second potential level;
Eleventh and twelfth switching elements that conduct when the data input signal is at the first potential level and are kept non-conductive when the data input signal is at the second potential level;
Thirteenth and fourteenth switching elements, which conduct when the inverted signal of the data input signal is at the first potential level and are kept in a non-conductive state when the inverted signal is at the second potential level;
Fifteenth and sixteenth switching elements that conduct when the first node of the second-stage latch is at the first potential level and are kept non-conductive when the second node is at the second potential level;
Seventeenth and eighteenth switching elements, which conduct when the second node of the second-stage latch is at the first potential level, and are kept non-conductive when the second node is at the second potential level;
A nineteenth switching element which is turned on when the data input signal is at the second potential level and is kept off when at the first potential level;
A twentieth switching element which conducts when the inverted signal of the data input signal is at the second potential level and is kept in a non-conductive state when the inverted signal is at the first potential level;
A twenty-first switching element that conducts when a first node of the second-stage latch is at a second potential level and is kept off when the first node is at the first potential level;
A second switching element that is conductive when the second node of the second-stage latch is at a second potential level and is kept in a non-conductive state when the second node is at the first potential level;
The ninth switching element is connected to the first output node, and the eleventh and seventeenth switching elements are connected in series between the ninth switching element and the second potential source. Thirteenth and fifteenth switching elements are connected in parallel with the eleventh and seventeenth switching elements between the ninth switching element and the second potential source, and are connected to the first output node and The nineteenth and twenty-first switching elements are connected in series between a reference potential and
The tenth switching element is connected to the second output node, and the fourteenth and sixteenth switching elements are connected in series between the tenth switching element and the second potential source. Twelfth and eighteenth switching elements are connected in parallel with the fourteenth and sixteenth switching elements between the tenth switching element and the second potential source, and are connected to the second output node. 6. The flip-flop according to claim 5, wherein said twentieth and twenty-second switching elements are connected in series between said reference potential and said reference potential.
上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第5のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第6のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第3の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the fifth switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. And the seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the sixth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. And the eighth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
A ninth state in which the second output node conducts when the second potential level is at the second potential level and connects the first intermediate node to the reference potential, and is kept non-conductive when the second output node is at the first potential level Switching means;
The first output node conducts when the second potential level is at the second potential level, connects the third intermediate node to the reference potential, and maintains the non-conduction state at the first potential level. 6. The flip-flop according to claim 5, comprising switching means.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項7記載のフリップフロップ。
8. The flip-flop according to claim 7, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項8記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 9. The flip-flop according to claim 8, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the signal to a final output signal.
上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第4の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. , The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. , The sixth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
A ninth state in which the second output node conducts when the second potential level is at the second potential level, connects the second intermediate node to the reference potential, and is kept in a non-conductive state at the first potential level Switching means;
The first output node conducts when the second potential level is at the second potential level, connects the fourth intermediate node to the reference potential, and maintains the non-conduction state at the first potential level. 6. The flip-flop according to claim 5, comprising switching means.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項10記載のフリップフロップ。
11. The flip-flop according to claim 10, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項11記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 12. The flip-flop according to claim 11, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第3の中間ノードを上記基準電位に接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. , The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. , The sixth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
A ninth state in which the second output node conducts when the second potential level is at the second potential level and connects the first intermediate node to the reference potential, and is kept non-conductive when the second output node is at the first potential level Switching means;
The first output node conducts when the second potential level is at the second potential level, connects the third intermediate node to the reference potential, and maintains the non-conduction state at the first potential level. 6. The flip-flop according to claim 5, comprising switching means.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項13記載のフリップフロップ。
14. The flip-flop according to claim 13, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項14記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 15. The flip-flop according to claim 14, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. , The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. , The sixth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
The second output node conducts when the second output node is at the second potential level, connects the second intermediate node and the fourth intermediate node, and is kept in a non-conductive state when the second output node is at the first potential level. Ninth switching means,
The first output node is conductive when the second output node is at the second potential level, connects the second intermediate node and the fourth intermediate node, and is kept non-conductive when the first output node is at the first potential level. The flip-flop according to claim 5, further comprising: tenth switching means.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項16記載のフリップフロップ。
17. The flip-flop according to claim 16, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項17記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 18. The flip-flop according to claim 17, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
上記第3のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第7のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第5のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第4のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第8のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第6のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
抵抗成分を含み、上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続する接続手段を、有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The third switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the seventh switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. , The fifth switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The fourth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the eighth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. , The sixth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
6. The flip-flop according to claim 5, further comprising connection means including a resistance component and connecting said second intermediate node and said fourth intermediate node.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項19記載のフリップフロップ。
20. The flip-flop according to claim 19, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項20記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 21. The flip-flop according to claim 20, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
上記第5のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第3のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第6のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
上記第2の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第9のスイッチング手段と、
上記第1の出力ノードが第2の電位レベルのときに導通して上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとを接続し、第1の電位レベルのときに非導通状態に保持される第10のスイッチング手段と、を有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The fifth switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the third switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. And the seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The sixth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the fourth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. And the eighth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
The second output node is conductive when the second potential level is at the second potential level to connect the first output node to the first intermediate node, and is kept in a non-conductive state when the second output node is at the first potential level. Ninth switching means,
The first output node is conductive when the second potential level is at the second potential level to connect the second output node to the third intermediate node, and is kept non-conductive at the first potential level. The flip-flop according to claim 5, further comprising: tenth switching means.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項22記載のフリップフロップ。
23. The flip-flop according to claim 22, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項23記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 24. The flip-flop according to claim 23, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
上記第5のスイッチング手段が上記第1の出力ノードと上記第1の中間ノードとの間に接続され、上記第3のスイッチング手段が上記第1の中間ノードと上記第2の中間ノードとの間に接続、上記第7のスイッチング手段が上記第2の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第6のスイッチング手段が上記第2の出力ノードと上記第3の中間ノードとの間に接続され、上記第4のスイッチング手段が上記第3の中間ノードと上記第4の中間ノードとの間に接続、上記第8のスイッチング手段が上記第4の中間ノードと上記基準電位との間に接続され、
上記第1段ラッチは、さらに、
抵抗成分を含み、上記第2の中間ノードと上記第4の中間ノードとを接続する接続手段を、有する
請求項5記載のフリップフロップ。
The fifth switching means is connected between the first output node and the first intermediate node, and the third switching means is connected between the first intermediate node and the second intermediate node. And the seventh switching means is connected between the second intermediate node and the reference potential,
The sixth switching means is connected between the second output node and the third intermediate node, and the fourth switching means is connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node. And the eighth switching means is connected between the fourth intermediate node and the reference potential,
The first stage latch further includes:
6. The flip-flop according to claim 5, further comprising connection means including a resistance component and connecting said second intermediate node and said fourth intermediate node.
上記第2段ラッチは、上記第1段ラッチによるラッチすべきデータ信号をラッチ処理に並行して出力する回路を含む
請求項25記載のフリップフロップ。
26. The flip-flop according to claim 25, wherein the second-stage latch includes a circuit that outputs a data signal to be latched by the first-stage latch in parallel with a latch process.
上記第2段ラッチは、第1段ラッチの出力信号レベルが変化し、当該第2段ラッチに相反する信号が保持されている場合、上記第1段ラッチの出力信号変化と同時に、当該第2段ラッチに保持されている相反信号を無効化し、最終出力信号に伝達する回路を含む
請求項26記載のフリップフロップ。
When the output signal level of the first-stage latch changes and a signal opposite to the second-stage latch is held, the second-stage latch simultaneously outputs the second-stage latch when the output signal of the first-stage latch changes. 27. The flip-flop according to claim 26, further comprising a circuit for invalidating the reciprocal signal held in the stage latch and transmitting the inverted signal to a final output signal.
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