JP2006041760A - Optical signal latch circuit and optical signal latch array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力される光信号を電気的なデジタル信号に変換するとともにその値をラッチする光信号ラッチ回路に関し、特に、小さい実装面積が要求される光再構成ゲートアレイ等への実装に適した光信号ラッチ回路に関する。 The present invention relates to an optical signal latch circuit that converts an input optical signal into an electrical digital signal and latches the value, and is particularly suitable for mounting on an optically reconfigurable gate array or the like that requires a small mounting area. The present invention relates to an optical signal latch circuit.
近年、回路の論理構造の再構成時間を飛躍的に短縮する技術として、光再構成型ゲートアレイ(Optically Programmable Gate Array : ORGA)の研究・開発が進められている(例えば、特許文献1〜4参照)。光再構成型ゲートアレイは、回路の論理構造の情報を光信号パターンとして出力する光学部と、前記光信号パターンに従って回路の論理構造の構成を行うVLSI部との二つの部分を有し、光学部からの光信号パターンによりVLSI部の論理構造の再構成を並列的に実行するデバイスである。 In recent years, research and development of optically reconfigurable gate arrays (ORGA) have been promoted as techniques for dramatically reducing the reconfiguration time of the logical structure of a circuit (for example, Patent Documents 1 to 4). reference). The optically reconfigurable gate array has two parts: an optical unit that outputs information on the logical structure of the circuit as an optical signal pattern, and a VLSI unit that configures the logical structure of the circuit according to the optical signal pattern. This is a device that reconfigures the logical structure of the VLSI unit in parallel with the optical signal pattern from the unit.
これらの光再構成型ゲートアレイにおいては、VLSI部である論理回路が搭載されたチップ(論理回路チップ)内の回路の各所に、フォトダイオードを備えた光信号ラッチ回路が設けられている。論理回路構成情報を含む光信号パターンは、光信号ラッチ回路のフォトダイオードによって電気的な信号に変換される。こうして入力された論理回路構成情報は、光信号ラッチ回路内に設けられたラッチ回路に保持される。そして、ラッチ回路に保持された論理回路構成情報に従った回路接続の切り替えを行うことによって、論理回路の再構成が行われる。 In these optically reconfigurable gate arrays, optical signal latch circuits including photodiodes are provided at various locations in a chip (logic circuit chip) on which a logic circuit as a VLSI portion is mounted. The optical signal pattern including the logic circuit configuration information is converted into an electrical signal by the photodiode of the optical signal latch circuit. The logic circuit configuration information thus input is held in a latch circuit provided in the optical signal latch circuit. Then, the logic circuit is reconfigured by switching the circuit connection in accordance with the logic circuit configuration information held in the latch circuit.
ラッチ回路の構成としては、例えば、特許文献5〜7に記載のものが公知であり、これらは種々の回路で広く使用されている。図6は、従来のラッチ回路を適用することによって構成された光信号ラッチ回路の回路構成を表す図である。光信号の書き込みを行う場合、まずリフレッシュ信号(¬REFRESH)を0レベルとし、リフレッシュ用のトランジスタM1をオン状態とする。これにより、フォトダイオードPDにはリフレッシュ電圧Vccが印加される。尚、本明細書において記号「¬」が付された信号は負論理の信号を表すものとし、図面では信号名の上に上線を付して表示することとする。フォトダイオードPDは、逆バイアス接続されているため、フォトダイオードPDはキャパシタとして機能し、電荷が蓄積される。 As the configuration of the latch circuit, for example, those described in Patent Documents 5 to 7 are known, and these are widely used in various circuits. FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration of an optical signal latch circuit configured by applying a conventional latch circuit. When writing an optical signal, first refresh signal (¬REFRESH) and 0 level, the transistor M 1 for refreshing the on state. As a result, the refresh voltage Vcc is applied to the photodiode PD. In the present specification, a signal with the symbol “¬” represents a negative logic signal, and in the drawings, an overline is added to the signal name. Since the photodiode PD is reverse-biased, the photodiode PD functions as a capacitor and charges are accumulated.
次に、リフレッシュ信号(¬REFRESH)を1レベルとし、トランジスタM1をオフ状態とする。このとき、フォトダイオードPDには、その容量によって電荷が保持され、カソード側のノードINには1レベルの電圧が保持される。 Next, refresh signal (¬REFRESH) and 1 level to turn OFF the transistor M 1. At this time, the photodiode PD holds charge due to its capacitance, and the cathode-side node IN holds 1 level voltage.
この状態で、フォトダイオードPDに対して光信号を入力する。光信号が1のときはフォトダイオードPDに光照射され、フォトダイオードPDが放電し、ノードINの電圧は0レベルとなる。光信号が0のときはフォトダイオードPDには光照射されず、ノードINの電圧は1レベルに維持される。従って、ノードINの電圧は光信号の反転値となる。 In this state, an optical signal is input to the photodiode PD. When the optical signal is 1, the photodiode PD is irradiated with light, the photodiode PD is discharged, and the voltage at the node IN becomes 0 level. When the optical signal is 0, the photodiode PD is not irradiated with light, and the voltage at the node IN is maintained at 1 level. Therefore, the voltage at the node IN is an inverted value of the optical signal.
ノードINの電圧はバッファBUFFを介して、トランスミッション・ゲートTGに入力される。トランスミッション・ゲートは、pMOSトランジスタM2とnMOSトランジスタM3とから構成されており、各トランジスタには、ゲート信号(¬GATE,GATE)が入力されている。また、トランスミッション・ゲートTGの出力側は、2つのインバータINV1,INV2がループ状に結合してなるラッチのインバータINV1の入力端子に接続されている。 The voltage of the node IN is input to the transmission gate TG via the buffer BUFF. Transmission gate is constituted by the pMOS transistor M 2 and the nMOS transistor M 3 Prefecture, each transistor, the gate signal (¬GATE, GATE) is input. The output side of the transmission gate TG is connected to an input terminal of an inverter INV 1 of a latch formed by connecting two inverters INV 1 and INV 2 in a loop.
ノードINの電圧をラッチに保持する場合には、ゲート信号(GATE)が1レベルとする。このとき、トランスミッション・ゲートはオン状態となり、バッファBUFFの出力はインバータINV1の入力端子に印加される。ここで、バッファBUFFの駆動能力はインバータINV1,INV2の駆動能力よりも大きく構成されている。従って、インバータINV1の入力電圧は強制的にバッファBUFFの出力電圧とされる。ラッチへの入力が終わると、ゲート信号(GATE)が0レベルとする。これにより、ノードINの電圧はラッチに保持される。 When the voltage of the node IN is held in the latch, the gate signal (GATE) is set to 1 level. At this time, transmission gate is turned on, the output of the buffer BUFF is applied to the input terminal of the inverter INV 1. Here, the driving capability of the buffer BUFF is constituted larger than the driving capability of the inverter INV 1, INV 2. Therefore, the input voltage of the inverter INV 1 is forced to be the output voltage of the buffer BUFF. When the input to the latch is completed, the gate signal (GATE) is set to 0 level. Thereby, the voltage of the node IN is held in the latch.
ラッチに保持された電圧は、インバータINV1の出力端子から保持信号CSとして取り出される。保持信号CSはノードINの電圧の反転値となるので、フォトダイオードPDに入力された光信号の値が保持信号CSとして出力される。 The voltage held in the latch is taken out as a holding signal CS from the output terminal of the inverter INV1. Since the holding signal CS is an inverted value of the voltage at the node IN, the value of the optical signal input to the photodiode PD is output as the holding signal CS.
このように、従来のラッチ回路を使用する場合、フォトダイオードPDの出力を一度バッファBUFFで受けてから、その出力を後段のトランスミッション・ゲートTGを介してラッチに入力する構成をとることになる。
ところで、光再構成ゲートアレイ(特許文献1〜4参照)のように、論理回路が搭載されたチップ内に多数の光信号ラッチ回路を設け、チップに光信号を照射し光信号を直接チップに入力するような素子においては、チップ内に極めて多くの光信号ラッチ回路を搭載する必要がある。従って、かかる素子においては、光信号ラッチ回路がチップ全体の実装面積の多くの部分を占めるため、ゲート密度を向上させる上で各光信号ラッチ回路の実装面積を可能な限り小さくすることが極めて重要な課題である。 By the way, as in an optically reconfigurable gate array (see Patent Documents 1 to 4), a large number of optical signal latch circuits are provided in a chip on which a logic circuit is mounted, and the optical signal is directly applied to the chip by irradiating the chip with the optical signal. In an input element, it is necessary to mount an extremely large number of optical signal latch circuits in a chip. Therefore, in such an element, since the optical signal latch circuit occupies a large part of the mounting area of the entire chip, it is extremely important to reduce the mounting area of each optical signal latch circuit as much as possible in order to improve the gate density. It is a difficult task.
しかし、上記従来のラッチ回路を適用することによって構成された光信号ラッチ回路では、フォトトランジスタ自体はインバータを駆動するだけの駆動能力がないため、必ずフォトトランジスタの出力をラッチ回路に入力するバッファが必要となる。従って、バッファを実装するだけの余分な実装面積が必要とされ、光信号ラッチ回路全体の実装面積を縮小する際の妨げとなっていた。 However, in the optical signal latch circuit configured by applying the above conventional latch circuit, the phototransistor itself does not have the drive capability to drive the inverter, so there is a buffer that always inputs the output of the phototransistor to the latch circuit. Necessary. Accordingly, an extra mounting area for mounting the buffer is required, which hinders the reduction of the mounting area of the entire optical signal latch circuit.
そこで、本発明の目的は、従来に比べて実装面積を大幅に小さくすることが可能な光信号ラッチ回路及びそれを使用した光信号ラッチアレイを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical signal latch circuit and an optical signal latch array using the optical signal latch circuit capable of significantly reducing the mounting area as compared with the prior art.
本発明に係る光信号ラッチ回路の第1の構成は、偶数個のインバータがループ状に接続されたラッチ回路と、前記ラッチ回路内の1つのインバータ(以下、「入力部インバータ」という。)の入力側に設けられ、前記ラッチ回路のループの接断を行う入力受付用スイッチング素子と、前記入力部インバータと前記入力受付用スイッチング素子との接続ノード(以下、「入力ノード」という。)に逆バイアス接続されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに印加する逆バイアス方向のリフレッシュ電圧のオンオフを行うリフレッシュ・スイッチング素子と、を備えていることを特徴とする。 The first configuration of the optical signal latch circuit according to the present invention includes a latch circuit in which an even number of inverters are connected in a loop, and one inverter in the latch circuit (hereinafter referred to as “input unit inverter”). An input receiving switching element that is provided on the input side and disconnects the loop of the latch circuit, and a connection node (hereinafter referred to as “input node”) between the input unit inverter and the input receiving switching element. A bias-connected photodiode and a refresh switching element for turning on and off a refresh voltage in a reverse bias direction applied to the photodiode are provided.
この構成によれば、光信号ラッチ回路に光信号の値をラッチする場合には、まず、入力受付用スイッチング素子をオフ状態として、ラッチ回路のループを切断状態とする。そして、リフレッシュ・トランジスタをオン状態としてフォトダイオードに逆バイアス方向のリフレッシュ電圧を印加する。これにより、フォトダイオードの両端子間の電圧はリフレッシュ電圧となり、フォトダイオードのキャパシタに電荷が蓄積される。 According to this configuration, when the value of the optical signal is latched in the optical signal latch circuit, first, the input receiving switching element is turned off and the loop of the latch circuit is cut off. Then, the refresh transistor is turned on, and a refresh voltage in the reverse bias direction is applied to the photodiode. As a result, the voltage between both terminals of the photodiode becomes a refresh voltage, and charges are accumulated in the capacitor of the photodiode.
この状態で、フォトダイオードに対して光信号を入力する。光信号が1の場合にはフォトダイオードに光照射がされ、フォトダイオードは放電する。これに伴い、フォトダイオードと前記リフレッシュ・スイッチング素子との連結ノード(以下、「入力ノード」という。)の論理レベルは反転する。一方、光信号が0の場合にはフォトダイオードに光照射がされないため、入力ノードの論理レベルは維持される。 In this state, an optical signal is input to the photodiode. When the optical signal is 1, the photodiode is irradiated with light, and the photodiode is discharged. Accordingly, the logic level of the connection node (hereinafter referred to as “input node”) between the photodiode and the refresh switching element is inverted. On the other hand, when the optical signal is 0, the photodiode is not irradiated with light, so that the logic level of the input node is maintained.
入力ノードの電圧は、入力部インバータに直接入力される。このとき、入力受付用スイッチング素子がオフ状態であり、ラッチ回路のループは切断状態にあるので、ラッチ回路内の各インバータはフォトダイオードの入力ノード電圧によって駆動され、論理レベルが確定する。 The voltage of the input node is directly input to the input unit inverter. At this time, since the input receiving switching element is in the OFF state and the loop of the latch circuit is in the disconnected state, each inverter in the latch circuit is driven by the input node voltage of the photodiode, and the logic level is determined.
各インバータの論理レベルが確定した後に、入力受付用スイッチング素子をオン状態として、ラッチ回路のループを接続状態とする。これにより、光信号の論理レベルがラッチ回路に安定的にラッチされる。 After the logic level of each inverter is determined, the input receiving switching element is turned on, and the loop of the latch circuit is connected. Thereby, the logic level of the optical signal is stably latched by the latch circuit.
このように、本発明ではフォトダイオードの入力ノード電圧を、バッファを介すことなく直接入力部インバータに入力するため、従来に比べて実装面積を大幅に小さくすることが可能となる。 As described above, in the present invention, the input node voltage of the photodiode is directly input to the input unit inverter without passing through the buffer, so that the mounting area can be significantly reduced as compared with the conventional case.
ここで、「入力受付用スイッチング素子」、「リフレッシュ・スイッチング素子」としては、トランスミッション・ゲート、MIS(Metal Insulator Semiconductor)スイッチ(MOS(Metal Oxide Semiconductor)スイッチを含む。)等を使用することができる。ラッチ回路を構成するインバータの数は偶数個であれば特に限定されないが、光信号ラッチ回路の実装面積を小さくする観点から、2個又は4個とすることが好ましい。インバータの回路構成についても特に限定するものではないが、論理値を確実に伝達できて実装面積も小さいCMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)型インバータを使用することが好ましい。 Here, a transmission gate, a MIS (Metal Insulator Semiconductor) switch (including a MOS (Metal Oxide Semiconductor) switch), etc. can be used as the “input receiving switching element” and the “refresh switching element”. . Although the number of inverters constituting the latch circuit is not particularly limited as long as it is an even number, it is preferably two or four from the viewpoint of reducing the mounting area of the optical signal latch circuit. Although the circuit configuration of the inverter is not particularly limited, it is preferable to use a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) type inverter that can reliably transmit a logical value and has a small mounting area.
本発明に係る光信号ラッチ回路の第2の構成は、前記第1の構成において、前記ラッチ回路は、2つのインバータがループ状に接続されたものであることを特徴とする。 A second configuration of the optical signal latch circuit according to the present invention is characterized in that, in the first configuration, the latch circuit is formed by connecting two inverters in a loop shape.
特に、ラッチ回路として2個のインバータ・ループを使用することで、光信号ラッチ回路の実装面積を最小にすることができる。 In particular, by using two inverter loops as the latch circuit, the mounting area of the optical signal latch circuit can be minimized.
本発明に係る光信号ラッチ回路の第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記ラッチ回路内のインバータのうち出力側に前記入力受付用スイッチング素子が接続されたものに代えて1個のMISトランジスタを備えており、前記MISトランジスタは、ゲート端子がその前段インバータの出力端子に接続され、ドレイン端子が前記入力受付用スイッチング素子を介して前記入力部インバータの入力端子に接続され、ソース端子には前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときの前記入力ノードの論理値と同じ論理値に相当する電圧が印加されるものであることを特徴とする。 A third configuration of the optical signal latch circuit according to the present invention is the same as that of the first or second configuration, except that one of the inverters in the latch circuit is connected to the output receiving switching element on the output side. Each of the MIS transistors has a gate terminal connected to the output terminal of the preceding inverter, a drain terminal connected to the input terminal of the input unit inverter via the input receiving switching element, A voltage corresponding to the same logical value as the logical value of the input node when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode is applied to the source terminal.
この構成により、出力側に前記入力受付用スイッチング素子が接続されたインバータを、1個のMISトランジスタ(MOSトランジスタを含む。)で置き換えたので、光信号ラッチ回路の実装面積をより小さくすることができる。 With this configuration, the inverter having the input receiving switching element connected to the output side is replaced with one MIS transistor (including a MOS transistor), so that the mounting area of the optical signal latch circuit can be further reduced. it can.
尚、「フォトダイオードの両端子間にリフレッシュ電圧が印加されているときにオン状態となる」ことから、フォトダイオードの両端子間にリフレッシュ電圧が印加されているときの入力ノードの論理値が1の場合には、MISトランジスタにはp型が使用され、0の場合にはMISトランジスタにはn型が使用される。 Since the “ON state occurs when a refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode”, the logical value of the input node when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode is 1. In this case, the p-type is used for the MIS transistor, and in the case of 0, the n-type is used for the MIS transistor.
本発明に係る光信号ラッチアレイの第1の構成は、偶数個のインバータがループ状に接続されたラッチ回路と、前記ラッチ回路内の1つのインバータ(以下、「入力部インバータ」という。)の入力側に設けられ、前記ラッチ回路のループの接断を行う入力受付用スイッチング素子と、前記入力部インバータと前記入力受付用スイッチング素子との接続ノード(以下、「入力ノード」という。)に逆バイアス接続されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに印加する逆バイアス方向のリフレッシュ電圧のオンオフを行うリフレッシュ・スイッチング素子と、を具備する光信号ラッチ回路を複数個備えるとともに、スイッチング素子(以下、「ブロック・リフレッシュ・スイッチング素子」という。)と直列に逆バイアス接続されたフォトダイオード(以下、「リフレッシュ・フォトダイオード」という。)、及び、入力端子が前記リフレッシュ・フォトダイオードと前記ブロック・リフレッシュ・スイッチング素子との連結ノードに接続された出力バッファ回路を具備するゲート開放信号生成回路を備え、前記各光信号ラッチ回路の入力受付用スイッチング素子は、前記ゲート開放信号生成回路の出力バッファ回路の出力により開閉されることを特徴とする。 The first configuration of the optical signal latch array according to the present invention is a latch circuit in which an even number of inverters are connected in a loop and an input of one inverter in the latch circuit (hereinafter referred to as “input unit inverter”). And a reverse bias applied to a connection node between the input inverter and the input reception switching element (hereinafter referred to as “input node”). A plurality of optical signal latch circuits each including a connected photodiode and a refresh switching element that turns on and off a refresh voltage in a reverse bias direction applied to the photodiode, and a switching element (hereinafter referred to as a “block block”). A refresh switching element ”) is connected in series with a reverse bias connection. And a gate opening signal including an output buffer circuit having an input terminal connected to a connection node between the refresh photodiode and the block refresh switching element. And a switching circuit for receiving an input of each of the optical signal latch circuits is opened and closed by an output of an output buffer circuit of the gate opening signal generation circuit.
光再構成ゲートアレイなどでは、チップ全体に光信号を入力する場合もあるが、むしろチップの一部の回路ブロックのみに光信号を入力するような場合のほうが多い。このような場合、ゲート開放信号生成回路を用いて、光信号を入力する回路ブロックの光信号ラッチ回路の入力受付用スイッチング素子のみをオフ状態とすることで、必要な回路ブロックのみに光信号をラッチし、必要のない回路ブロックには照射光によりラッチされたデータが失われないようにマスクをすることが可能となる。また、どの回路ブロックの書き込みを行うかの選択も、リフレッシュ・フォトダイオードへの光信号入力によって行うことができる。 In an optically reconfigurable gate array or the like, an optical signal may be input to the entire chip, but in many cases, an optical signal is input only to some circuit blocks of the chip. In such a case, by using the gate opening signal generation circuit, by turning off only the input receiving switching element of the optical signal latch circuit of the circuit block for inputting the optical signal, the optical signal is transmitted only to the necessary circuit block. It is possible to latch and mask the unnecessary circuit blocks so that the data latched by the irradiation light is not lost. In addition, selection of which circuit block is to be written can be performed by inputting an optical signal to the refresh photodiode.
本発明に係る光信号ラッチアレイの第2の構成は、前記第1の構成において、前記ラッチ回路は、2つのインバータがループ状に接続されたものであることを特徴とする。 A second configuration of the optical signal latch array according to the present invention is characterized in that, in the first configuration, the latch circuit has two inverters connected in a loop.
本発明に係る光信号ラッチアレイの第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記前記ラッチ回路内のインバータのうち出力側に前記入力受付用スイッチング素子が接続されたものに代えて1個のMISトランジスタを備えており、前記MISトランジスタは、ゲート端子がその前段インバータの出力端子に接続され、ドレイン端子が前記入力受付用スイッチング素子を介して前記入力部インバータの入力端子に接続され、ソース端子には前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときの前記入力ノードの論理値と同じ論理値に相当する電圧が印加され、前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときにオン状態となるものであることを特徴とする。 A third configuration of the optical signal latch array according to the present invention is the same as the first or second configuration, except that one of the inverters in the latch circuit is connected to the output receiving switching element on the output side. Each of the MIS transistors has a gate terminal connected to the output terminal of the preceding inverter, a drain terminal connected to the input terminal of the input unit inverter via the input receiving switching element, A voltage corresponding to the same logical value as the logical value of the input node when the refresh voltage is applied between the two terminals of the photodiode is applied to the source terminal, and the refresh is performed between the two terminals of the photodiode. It is characterized in that it is turned on when a voltage is applied.
以上のように、本発明に係る光信号ラッチ回路によれば、フォトダイオードの入力ノード電圧を、バッファを介すことなく直接第1のインバータに入力するため、従来に比べて実装面積を大幅に小さくすることが可能となる。 As described above, according to the optical signal latch circuit of the present invention, the input node voltage of the photodiode is directly input to the first inverter without passing through the buffer. It can be made smaller.
また、本発明に係る光信号ラッチアレイによれば、ゲート開放信号生成回路を用いることで、必要な回路ブロックのみに光信号をラッチし、必要のない回路ブロックには誤って回り込んだ光によりラッチされたデータが失われないようにマスクをすることが可能となる。 Further, according to the optical signal latch array of the present invention, by using the gate opening signal generation circuit, the optical signal is latched only in the necessary circuit block, and the unnecessary circuit block is latched by the light sneak in error. The masked data can be masked so that it is not lost.
また、光再構成ゲートアレイにおいてチップの全エリアに対して光信号の多重パターンを照射し、ある時点で再構成を行いたい回路ブロックのみ、その多重パターンのうちの当該回路ブロックに属する光信号のみをラッチし、それ以外の回路ブロックについては光信号をラッチしないといった用途に使用することができる。これにより、1つの多重パターンを複数のタイミングにおける複数の回路ブロックの回路再構成情報として使用することができ、光メモリの有効利用を行うことができる。 In addition, the optical reconfiguration gate array irradiates the entire area of the chip with a multiple pattern of optical signals, and only the circuit block to be reconfigured at a certain point in time, only the optical signal belonging to the circuit block in the multiple pattern Can be used for the purpose of not latching the optical signal for other circuit blocks. Thereby, one multiplex pattern can be used as circuit reconfiguration information of a plurality of circuit blocks at a plurality of timings, and the optical memory can be effectively used.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る光信号ラッチ回路の回路構成を表す図である。図1(a)は反転入力型の構成、図1(b)は非反転入力型の構成を表している。 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of an optical signal latch circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an inverting input type configuration, and FIG. 1B shows a non-inverting input type configuration.
図1において、本実施例に係る光信号ラッチ回路は、2個のインバータINV1,INV2、入力受付用スイッチング素子であるトランスミッション・ゲートTG、フォトダイオードPD、及びリフレッシュ・スイッチング素子であるpMOS型のトランジスタM1を備えている。また、トランスミッション・ゲートTGは、pMOS型のトランジスタM2とnMOS型のトランジスタM3とから構成されている。 In FIG. 1, the optical signal latch circuit according to this embodiment includes two inverters INV 1 and INV 2 , a transmission gate TG that is an input receiving switching element, a photodiode PD, and a pMOS type that is a refresh switching element. and it includes a transistor M 1. Also, transmission gate TG is composed of pMOS transistor M 2 and an nMOS transistor M 3 Prefecture.
インバータ(入力部インバータ)INV1の出力側はインバータINV2の入力側に接続され、インバータINV2の出力側がトランスミッション・ゲートTGを介してインバータINV1の入力側に接続され、これらのインバータINV1,INV2及びトランスミッション・ゲートTGによってループ状のラッチ回路を構成している。 Inverter output side (input inverter) INV 1 is connected to the input side of the inverter INV 2, the output side of the inverter INV 2 are connected to the input side of the inverter INV 1 through the transmission gate TG, the inverters INV 1 , INV 2 and the transmission gate TG form a loop-shaped latch circuit.
フォトダイオードPDは、インバータINV1の入力側に逆バイアス接続されている。また、インバータINV1の入力側には、フォトダイオードPDに印加する逆バイアス方向のリフレッシュ電圧のオンオフを行うリフレッシュ・スイッチング素子(トランジスタM1)が接続されている。以下では、フォトダイオードPDとトランジスタM1が接続されたインバータINV1の入力側のノードを「入力ノード」といい、記号「IN」で表す。 Photodiode PD is reverse biased connected to the input side of the inverter INV 1. Further, a refresh switching element (transistor M 1 ) for turning on and off a refresh voltage in the reverse bias direction applied to the photodiode PD is connected to the input side of the inverter INV 1 . Hereinafter, the node on the input side of the inverter INV 1 to which the photodiode PD and the transistor M 1 are connected is referred to as an “input node” and is represented by the symbol “IN”.
反転入力型(図1(a))の場合には、フォトダイオードPDのアノードが接地され、カソードが入力ノードINに接続される。また、入力ノードINにトランジスタM1のドレインが接続され、トランジスタM1のソースは電源電圧に接続される。 In the case of the inverting input type (FIG. 1A), the anode of the photodiode PD is grounded and the cathode is connected to the input node IN. The drain of the transistor M 1 is connected to the input node IN, the source of the transistor M 1 is connected to a power supply voltage.
一方、非反転入力型(図1(b))の場合には、フォトダイオードPDのカソードが電源電圧に接続され、アノードが入力ノードINに接続される。また、入力ノードINにトランジスタM1のソースが接続され、トランジスタM1のドレインは接地される。 On the other hand, in the case of the non-inverting input type (FIG. 1B), the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply voltage, and the anode is connected to the input node IN. The source of the transistor M 1 is connected to the input node IN, a drain of the transistor M 1 is grounded.
トランジスタM1のゲートには、リフレッシュ信号(¬REFRESH)が入力される。また、トランスミッション・ゲートTGの各トランジスタM2,M3には、ゲート信号(¬GATE,GATE)が入力されている。 The gate of the transistor M 1, the refresh signal (¬REFRESH) is input. The gate signals (¬GATE, GATE) are input to the transistors M 2 and M 3 of the transmission gate TG.
ラッチ回路の出力は、インバータINV1又はINV2の出力側から取り出される。反転入力型(図1(a))の場合、インバータINV1の出力側から非反転出力(CS)を、インバータINV2の出力側から反転出力(¬CS)を取り出すことができる。一方、非反転入力型(図1(b))の場合、インバータINV2の出力側から非反転出力(CS)を、インバータINV1の出力側から反転出力(¬CS)を取り出すことができる。 The output of the latch circuit is taken out from the output side of the inverter INV 1 or INV 2 . If the inverting input type (FIG. 1 (a)), the non-inverting output from the output side of the inverter INV 1 to (CS), it is possible to take out the inverted output from the output side of the inverter INV 2 (¬CS). On the other hand, if the non-inverting input type (FIG. 1 (b)), the non-inverting output from the output side of the inverter INV 2 a (CS), it is possible to take out the inverted output from the output side of the inverter INV 1 (¬CS).
図2は、図1(a)に示した反転入力型の光信号ラッチ回路の動作を表すタイミングチャートである。尚、非反転入力型の光信号ラッチ回路の動作も反転入力型の光信号ラッチ回路と同様であるため、ここでは代表として反転入力型の光信号ラッチ回路の動作のみを説明する。 FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the inverting input type optical signal latch circuit shown in FIG. Since the operation of the non-inverting input type optical signal latch circuit is the same as that of the inverting input type optical signal latch circuit, only the operation of the inverting input type optical signal latch circuit will be described here as a representative.
初期状態として、ゲート信号(GATE)は1レベル(¬GATEは0レベル)、リフレッシュ信号(¬REFRESH)は1レベルとし、光信号はOFF状態であるとする。 As an initial state, it is assumed that the gate signal (GATE) is 1 level (¬GATE is 0 level), the refresh signal (¬REFRESH) is 1 level, and the optical signal is OFF.
光信号を入力する前に、時刻t1において、まずゲート信号(GATE)は0レベルとする。このとき、トランスミッション・ゲートTGはオフ状態となり、インバータINV1,INV2のループは切断される。 Before entering the optical signal, at time t 1, first gate signal (GATE) is set to 0 level. At this time, the transmission gate TG is turned off, and the loops of the inverters INV 1 and INV 2 are disconnected.
次に、時刻t2において、リフレッシュ信号(¬REFRESH)を0レベルとする。これにより、トランジスタM1はオン状態となり、入力ノードINの電圧は電源電圧Vcc(すなわち1レベル)となる。それに伴い、非反転出力(CS)は0、反転出力(¬CS)は1となる。 Then, at time t 2, the refresh signal (¬REFRESH) and 0 levels. Thus, the transistor M 1 is turned on, the voltage of the input node IN is the power supply voltage Vcc (i.e., 1 level). Accordingly, the non-inverted output (CS) becomes 0 and the inverted output (¬CS) becomes 1.
次に、時刻t3において、リフレッシュ信号(¬REFRESH)を再び1レベルに戻す。これにより、フォトダイオードPDへの電源電圧Vccの入力は終わるが、フォトダイオードPDのキャパシタに蓄えられた電荷によって、フォトダイオードPDの両端電圧はVccに保たれる。 Then, at time t 3, back into the 1-level refresh signal (¬REFRESH). As a result, although the input of the power supply voltage Vcc to the photodiode PD is completed, the voltage across the photodiode PD is kept at Vcc by the charge stored in the capacitor of the photodiode PD.
そして、フォトダイオードに対して光信号が入力される。図2の例では、時刻t3から光信号として1が入力されている。これにより、フォトダイオードPDは導通状態となり、蓄えられた電荷が放電されて入力ノードINの電圧は0レベルとなる。それに伴い、非反転出力(CS)は1、反転出力(¬CS)は0となる。 Then, an optical signal is input to the photodiode. In the example of FIG. 2, 1 is input as an optical signal from time t 3. As a result, the photodiode PD becomes conductive, the stored charge is discharged, and the voltage at the input node IN becomes 0 level. Accordingly, the non-inverted output (CS) is 1 and the inverted output (¬CS) is 0.
反転出力(CS)が1、反転出力(¬CS)が0に確定した後に、時刻t4においてゲート信号を1レベルとする。これにより、トランスミッション・ゲートTGはオン状態となり、インバータINV1,INV2のループは接続される。インバータINV1,INV2のループが接続されると、このループがラッチ回路として機能し、光信号の入力値が安定的に保持される。 Inverted output (CS) is 1, after inverting output (¬CS) is established to 0, the gate signal is 1 level at time t 4. As a result, the transmission gate TG is turned on, and the loops of the inverters INV 1 and INV 2 are connected. When the loops of the inverters INV 1 and INV 2 are connected, this loop functions as a latch circuit, and the input value of the optical signal is stably held.
以上のように、本実施例の光信号ラッチ回路によれば、フォトダイオードPDの入力ノード電圧を、バッファを介すことなく直接インバータINV1に入力するため、従来に比べて実装面積を大幅に小さくすることが可能となる。 As described above, according to the optical signal latch circuit of the present embodiment, the input node voltage of the photodiode PD is directly input to the inverter INV 1 without passing through the buffer. It can be made smaller.
尚、図1の例では、入力受付用スイッチング素子としてトランスミッション・ゲートTGを使用したが、入力受付用スイッチング素子としては図3(a)又は図3(b)に示したようにMOSスイッチM2を使用してもよい。また、インバータINV2の代わりに、図3又は図3(b)に示したスイッチング素子(MOSトランジスタM6)を使用することもできる。これにより、更に光信号ラッチ回路の実装面積を小さくすることが可能となる。 In the example of FIG. 1, but using transmission gates TG as input reception switching element, the input reception switching element FIGS. 3 (a) or FIG. 3 MOS switch as shown in (b) M 2 May be used. Further, the switching element (MOS transistor M 6 ) shown in FIG. 3 or FIG. 3B can be used instead of the inverter INV 2 . As a result, the mounting area of the optical signal latch circuit can be further reduced.
尚、図3に示した光信号ラッチ回路の場合、MOSトランジスタM6は、その前段のインバータ(入力部インバータ)INV1の出力論理値の反転を完全に伝達するものではない。 In the case of the optical signal latch circuit shown in FIG. 3, the MOS transistor M 6 does not completely transmit the inversion of the output logic value of the inverter (input inverter) INV 1 in the preceding stage.
すなわち、フォトダイオードPDの両端子間にリフレッシュ電圧Vccが印加されているときには、インバータINV1の出力論理値は、入力ノードINの論理値の反転である。この場合、MOSトランジスタM6はオン状態となって、そのドレイン端子からは入力ノードINの論理値と同じ論理値に相当する電圧が出力されインバータとして機能する。一方、フォトダイオードPDが放電した状態にあるときは、MOSトランジスタM6はオフ状態となって、そのドレイン端子は高インピーダンス状態となる。従って、この場合、インバータINV1の出力論理値の反転は伝達されない。 That is, when the refresh voltage Vcc is applied between both terminals of the photodiode PD, the output logic value of the inverter INV 1 is an inversion of the logic value of the input node IN. In this case, MOS transistor M 6 is turned on, its drain terminal functions as an inverter output voltage corresponding to the same logical value as the logical value of the input node IN is. On the other hand, when in the state in which the photodiode PD is discharged, MOS transistor M 6 is turned off, the drain terminal becomes a high impedance state. Therefore, in this case, the inversion of the output logic value of the inverter INV 1 is not transmitted.
しかしながら、リフレッシュ信号(¬REFRESH)によりリフレッシュがされたときには、フォトダイオードPDの両端子間には必ずリフレッシュ電圧Vccが印加されるので、MOSトランジスタM6のドレイン端子の論理値は、入力ノードINの論理値と同じ論理値となる。そして、フォトダイオードPDに入力される光信号の値が0(未照射)であれば、MOSトランジスタM6のドレイン端子の論理値は維持される。従って、この状態でMOSスイッチM2をオン(導通状態)とすれば、ラッチ回路のループがつながり、データは安定的にラッチされた状態となる。一方、フォトダイオードPDに入力される光信号の値が1(照射)の場合、フォトダイオードPDは放電し、MOSトランジスタM6のドレイン端子は高インピーダンス状態となる。この場合、MOSトランジスタM6とMOSスイッチM2との間の配線の浮遊容量により、MOSトランジスタM6のドレイン端子はリフレッシュ時の論理値に保たれる。しかし、この浮遊容量はフォトダイオードPDの有するキャパシタに比べて遙かに小さいので、MOSスイッチM2をオン(導通状態)とすれば論理値は反転する。この場合、MOSトランジスタM6の部分でラッチ回路のループは切断された状態となるが、フォトダイオードPDの両端子間の電位差は0であるため、この状態は安定的に維持される。 However, when the refresh is by the refresh signal (¬REFRESH), because always refresh voltage Vcc between both terminals of the photodiode PD is applied, the logical value of the drain terminal of the MOS transistor M 6 is the input node IN The logical value is the same as the logical value. Then, the value of the optical signal input to the photodiode PD is equal 0 (unirradiated), the logical value of the drain terminal of the MOS transistor M 6 is maintained. Therefore, when the MOS switch M 2 in this state on (conducting state), the loop connection of the latch circuit, data is in a state of being stably latch. On the other hand, when the value of the optical signal input to the photodiode PD 1 (irradiation), the photodiode PD is discharged and the drain terminal of the MOS transistor M 6 is in a high impedance state. In this case, the stray capacitance of the wiring between the MOS transistor M 6 and the MOS switch M 2, the drain terminal of the MOS transistor M 6 is maintained at the logical value of the refresh. However, the stray capacitance so much smaller than the capacitors included in the photodiode PD, the MOS switch M 2 on (conductive state) Tosureba logical value is inverted. In this case, MOS loop portions at the latch circuit of the transistor M 6 is in a state of being cut, because the potential difference between the terminals of the photodiode PD is zero, this state is stably maintained.
従って、図3(a)又は図3(b)のような回路によっても、光信号を安定的にラッチすることが可能である。 Therefore, an optical signal can be stably latched also by a circuit as shown in FIG. 3A or 3B.
図4は、本発明の実施例2に係る光信号ラッチアレイの回路構成を表す図である。本実施例の光信号ラッチアレイは、図1(a)に示した光信号ラッチ回路と同様のn個(n≧2)の光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnを備えている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration of the optical signal latch array according to the second embodiment of the present invention. The optical signal latch array of this embodiment includes n (n ≧ 2) optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn similar to the optical signal latch circuit shown in FIG.
更に、リフレッシュ・フォトダイオードRPD、ブロック・リフレッシュ・スイッチング素子であるpMOS型のトランジスタM4、リセット用に使用されるnMOS型のトランジスタM5、インバータINV3,INV4、及び反転論理積ゲートNANDを有するゲート開放信号生成回路GOSC備えている。 Further, a refresh photodiode RPD, a pMOS transistor M 4 which is a block refresh switching element, an nMOS transistor M 5 used for resetting, inverters INV 3 and INV 4 , and an inverted AND gate NAND The gate opening signal generation circuit GOSC is provided.
リフレッシュ・フォトダイオードRPDは、トランジスタM4と直列に逆バイアス接続されている。リフレッシュ・フォトダイオードRPDのアノードは接地されており、カソードがトランジスタM4のドレインに接続されている。また、トランジスタM4のソースは、電源電圧に接続されている。以下、リフレッシュ・フォトダイオードRPDとトランジスタM4との接続点を「連結ノードGIN」という。トランジスタM4のゲート端子には、ブロック・リフレッシュ信号(¬Block REFRESH)が入力される。 Refresh photodiode RPD is reverse biased connected to the transistor M 4 in series. The anode of the refresh photodiode RPD is grounded and a cathode connected to the drain of the transistor M 4. The source of the transistor M 4 is connected to the power supply voltage. Hereinafter, the connection point between the refreshing photodiode RPD and the transistor M 4 of "connection node GIN". The gate terminal of the transistor M 4 is a block refresh signal (¬Block REFRESH) is input.
リセット用のトランジスタM5は、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに並列に、連結ノードGIN及び接地端子の間に接続されている。リセット用のトランジスタM5のゲート端子には、リセット信号(RESET)が入力される。尚、リセット用のトランジスタM5は、すべての光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのデータを電気的にクリアする場合に使用されるものであり、本発明において必ず必要とされるものではない。 Transistor M 5 for resetting, in parallel with the refresh photodiode RPD, is connected between the connection node GIN and the ground terminal. The gate terminal of the transistor M 5 for reset, the reset signal (RESET) is input. The transistors M 5 for resetting is intended to be used to electrically clear data of all light signal latch circuit LATCH1~LATCHn, not to be necessarily required in the present invention.
連結ノードGINには、インバータINV3の入力端子が接続され、インバータINV3の出力端子にはインバータINV4の入力端子が接続されている。このインバータINV3及びインバータINV4によって出力バッファ回路が構成されている。 An input terminal of the inverter INV 3 is connected to the connection node GIN, and an input terminal of the inverter INV 4 is connected to the output terminal of the inverter INV 3 . The inverter INV 3 and the inverter INV 4 constitute an output buffer circuit.
インバータINV3及びインバータINV4の出力信号(それぞれ、ゲート信号¬GATE,GATE)は、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランスミッション・ゲートTGの各トランジスタM2,M3(図1(a)参照)に接続されている。従って、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランスミッション・ゲートTGは、ゲート開放信号生成回路GOSCの出力信号(ゲート信号¬GATE,GATE)によって開閉される。 Output signals of the inverter INV 3 and the inverter INV 4 (gate signals ¬GATE and GATE, respectively) are the transistors M 2 and M 3 of the transmission gates TG of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn (see FIG. 1A). )It is connected to the. Accordingly, the transmission gates TG of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are opened and closed by the output signals (gate signals ¬GATE and GATE) of the gate opening signal generation circuit GOSC.
また、反転論理積ゲートNANDは2つの入力端子を有しており、一方はインバータINV3の出力端子に接続され、他方にはリフレッシュ信号(REFRESH)が入力される。 The inverting AND gate NAND has two input terminals, one is connected to the output terminal of the inverter INV 3, and the other refresh signals (REFRESH) is input.
以上のように構成された本実施例の光信号ラッチアレイについて、以下その動作を説明する。 The operation of the optical signal latch array of the present embodiment configured as described above will be described below.
初期状態では、ブロック・リフレッシュ信号(¬Block REFRESH)は1、リフレッシュ信号(REFRESH)は0とし、光信号は入力されていないものとする。 In the initial state, it is assumed that the block refresh signal (¬ Block REFRESH) is 1, the refresh signal (REFRESH) is 0, and no optical signal is input.
まず、時刻t1〜t2の間だけリセット信号(RESET)を1とするとともに、リフレッシュ信号(REFRESH)を1レベルとする(以下、これを「電気的リセット動作」という。)。リセット信号(RESET)が1の間、トランジスタM5が導通状態となる。この間に、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに蓄積された電荷が放電される。従って、連結ノードGINの電位は0レベル、ゲート信号GATEは0レベル、ゲート信号¬GATEは1レベルとなる。また、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランスミッション・ゲートTGは、非導通状態となる。また、リフレッシュ信号(REFRESH)が1の間、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランジスタM1(図1(a)参照)が導通状態となる。このとき、トランスミッション・ゲートTGは非導通状態であり、フォトダイオードPDには逆バイアス方向に電源電圧Vccが印加される。これによりフォトダイオードPDが充電されて、入力ノードINi(i=0〜n−1)は1レベルにリセットされる。同時に、非反転出力(CS)は0に、反転出力(¬CS)は1にリセットされる。時刻t2でリセット信号(RESET)及びリフレッシュ信号(REFRESH)が0とされる。これにより、トランジスタM1,M5が非導通状態となる。 First, the reset signal (RESET) is set to 1 and the refresh signal (REFRESH) is set to 1 level only during time t 1 to t 2 (hereinafter referred to as “electrical reset operation”). During the reset signal (RESET) is 1, the transistor M 5 becomes conductive. During this time, the charge accumulated in the refresh photodiode RPD is discharged. Accordingly, the potential of the connection node GIN is 0 level, the gate signal GATE is 0 level, and the gate signal ¬GATE is 1 level. Further, the transmission gates TG of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are turned off. While the refresh signal (REFRESH) is 1, the transistors M 1 (see FIG. 1A) of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are turned on. At this time, the transmission gate TG is non-conductive, and the power supply voltage Vcc is applied to the photodiode PD in the reverse bias direction. As a result, the photodiode PD is charged and the input node INi (i = 0 to n−1) is reset to 1 level. At the same time, the non-inverted output (CS) is reset to 0 and the inverted output (¬CS) is reset to 1. Reset signal at time t 2 (RESET) and the refresh signal (REFRESH) is zero. As a result, the transistors M 1 and M 5 are turned off.
尚、電気的リセット動作は、すべての光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnに対して電気的にリセットを行う場合に実行される。この電気的リセット動作は、光再構成デートアレイにおいては、デバイスの初期化時に必要となる。しかしながら、電源起動時に同期して光信号を照射してチップ内のすべての光信号ラッチ回路に強制的にデータを入力するようなシステム構成とすれば、この電気的リセット動作は必ずしも必要ではない。従って、かかる場合、リセット用のトランジスタM5は省略することもできる。 The electrical reset operation is executed when all the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are electrically reset. This electrical reset operation is required at the time of device initialization in the optically reconfigurable date array. However, this electrical reset operation is not necessarily required if the system configuration is such that an optical signal is emitted synchronously when the power is turned on to forcibly input data to all the optical signal latch circuits in the chip. Therefore, such a case, the transistor M 5 for resetting can be omitted.
次に、時刻t3〜t4の間だけブロック・リフレッシュ信号(¬Block REFRESH)を0レベルとする。これにより、トランジスタM4が導通状態となり、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに逆バイアス方向に電源電圧Vccが印加される。これにより、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに電荷が蓄積される。また、連結ノードGINの電位は1レベル、ゲート信号GATEは1レベル、ゲート信号¬GATEは0レベルとなる。また、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランスミッション・ゲートTGは、導通状態となる。時刻t4でブロック・リフレッシュ信号(¬Block REFRESH)が1レベルとされる。 Next, the block refresh signal (¬ Block REFRESH) is set to 0 level only between times t 3 and t 4 . Thus, the transistor M 4 is rendered conductive, the power supply voltage Vcc is applied to the reverse bias direction to the refresh photodiode RPD. As a result, charges are accumulated in the refresh photodiode RPD. The potential of the connection node GIN is 1 level, the gate signal GATE is 1 level, and the gate signal ¬GATE is 0 level. Further, the transmission gates TG of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are turned on. Block refresh signal (¬Block REFRESH) is a 1-level at time t 4.
次に、時刻t4〜t6の間、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに対して光信号が入力される。光信号が1の場合にはリフレッシュ・フォトダイオードRPDに光照射がされ、光信号が0の場合にはリフレッシュ・フォトダイオードRPDには光照射がされないものとする。ここでは、光信号として1が入力され、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに光照射がされるものとする。リフレッシュ・フォトダイオードRPDに光照射がされると、リフレッシュ・フォトダイオードRPDは放電し、連結ノードGINの電位は0レベル、ゲート信号GATEは0レベル、ゲート信号¬GATEは1レベルとなる。また、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランスミッション・ゲートTGは、非導通状態となる。これにより、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnの光信号による書き込みが可能となる。 Next, during time t 4 to t 6 , an optical signal is input to the refresh photodiode RPD. When the optical signal is 1, the refresh photodiode RPD is irradiated with light, and when the optical signal is 0, the refresh photodiode RPD is not irradiated with light. Here, it is assumed that 1 is input as an optical signal, and the refresh photodiode RPD is irradiated with light. When the refresh photodiode RPD is irradiated with light, the refresh photodiode RPD is discharged, the potential of the connection node GIN becomes 0 level, the gate signal GATE becomes 0 level, and the gate signal ¬GATE becomes 1 level. Further, the transmission gates TG of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are turned off. As a result, each optical signal latch circuit LATCH1 to LATCHn can be written by the optical signal.
次に、時刻t7〜t8の間だけ、リフレッシュ信号(REFRESH)を1レベルとする。これにより、反転論理積ゲートNANDの出力は時刻t7〜t8の間だけ0となり各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのトランジスタM1が導通状態となりフォトダイオードPDが充電される。
Then, only during the
そして、時刻t7〜t8の間、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのフォトダイオードPDに対して光信号が入力される。これにより、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnの入力ノードINi(i=0〜n−1)は光信号に応じたレベルとなる。すなわち、光信号が1のときはフォトダイオードPDが放電して0レベルとなり、光信号が0のときは1レベルに保持される。図5の例では、光信号として1が入力されているため、入力ノードINiの電位は0レベルとなっている。従って、非反転出力(CS)は1となる。最後に、時刻t10において、ブロック・リフレッシュ信号(¬Block REFRESH)を0レベルとする。これにより、トランスミッション・ゲートTGは、導通状態となり、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのラッチループが導通する。従って、光信号により書き込まれたデータは安定的に保持される。 Then, during time t 7 to t 8 , an optical signal is input to the photodiode PD of each of the optical signal latch circuits LATCH 1 to LATCHn. As a result, the input nodes INi (i = 0 to n−1) of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn have a level corresponding to the optical signal. That is, when the optical signal is 1, the photodiode PD is discharged and becomes 0 level, and when the optical signal is 0, it is held at 1 level. In the example of FIG. 5, since 1 is input as an optical signal, the potential of the input node INi is 0 level. Accordingly, the non-inverted output (CS) is 1. Finally, at time t 10, the block refresh signal (¬Block REFRESH) and 0 levels. As a result, the transmission gate TG is turned on, and the latch loops of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn are turned on. Therefore, the data written by the optical signal is stably held.
ここで、もし時刻t4〜t6でリフレッシュ・フォトダイオードRPDに光照射がされなければ、連結ノードGINの電位は1レベルに保持され、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのラッチループは導通状態に保たれる。また、反転論理積ゲートNANDの一方の入力端子にはゲート信号(¬GATE)として0が入力され続けるため、リフレッシュ信号(REFRESH)が1レベルとなっても、反転論理積ゲートNANDの出力は1レベルを保ち続ける。従って、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnのフォトダイオードPDはリフレッシュされることはなく、光信号による書き込みもできない状態となる。すなわち、書き込みがマスクされた状態となる。 If the refresh photodiode RPD is not irradiated with light at times t 4 to t 6 , the potential of the connection node GIN is held at 1 level, and the latch loops of the optical signal latch circuits LATCH 1 to LATCHn are in a conductive state. To be kept. Further, since 0 is continuously input as the gate signal (¬GATE) to one input terminal of the inverted AND gate NAND, the output of the inverted AND gate NAND is 1 even if the refresh signal (REFRESH) becomes 1 level. Keep the level. Therefore, the photodiode PD of each of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn is not refreshed and cannot be written by the optical signal. That is, writing is masked.
このように、本実施例の光信号ラッチアレイによれば、リフレッシュ・フォトダイオードRPDに対する光信号により、各光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnの書き込みをマスクしたりマスク解除したりすることができる。故に、書き込みを行いたい回路ブロックの光信号ラッチ回路のみをマスク解除して各光信号ラッチ回路への光信号の書き込みを行うことが可能となる。 As described above, according to the optical signal latch array of the present embodiment, writing to each of the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn can be masked or unmasked by the optical signal to the refresh photodiode RPD. Therefore, it is possible to write an optical signal to each optical signal latch circuit by unmasking only the optical signal latch circuit of the circuit block to be written.
尚、本実施例では光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnとして図1(a)の回路を使用した例を説明したが、光信号ラッチ回路LATCH1〜LATCHnとしては、図1(b)の回路や、図3(a),(b)の回路を使用することもできる。 In this embodiment, the example in which the circuit of FIG. 1A is used as the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn has been described. However, as the optical signal latch circuits LATCH1 to LATCHn, the circuit of FIG. The circuits 3 (a) and (b) can also be used.
PD フォトダイオード
RPD リフレッシュ・フォトダイオード
M1〜M5 スイッチング素子(トランジスタ)
TG トランスミッション・ゲート
INV1〜INV4 インバータ
BUFF バッファ
IN 入力ノード
NAND 反転論理積ゲート
LATCH1〜LATCHn 光信号ラッチ回路
GOSC ゲート開放信号生成回路
PD photodiode RPD refresh photodiode M 1 to M 5 switching elements (transistors)
TG transmission gate INV 1 to INV 4 inverter BUFF buffer IN input node NAND NAND gate LATCH 1 to LATCHn optical signal latch circuit GOSC gate open signal generation circuit
Claims (6)
前記ラッチ回路内の1つのインバータ(以下、「入力部インバータ」という。)の入力側に設けられ、前記ラッチ回路のループの接断を行う入力受付用スイッチング素子と、
前記入力部インバータと前記入力受付用スイッチング素子との接続ノード(以下、「入力ノード」という。)に逆バイアス接続されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに印加する逆バイアス方向のリフレッシュ電圧のオンオフを行うリフレッシュ・スイッチング素子と、
を備えていることを特徴とする光信号ラッチ回路。 A latch circuit in which an even number of inverters are connected in a loop; and
An input receiving switching element that is provided on the input side of one inverter in the latch circuit (hereinafter referred to as an “input unit inverter”), and disconnects the loop of the latch circuit;
A photodiode reverse-biased to a connection node (hereinafter referred to as “input node”) between the input unit inverter and the input receiving switching element;
A refresh switching element for turning on and off a refresh voltage in a reverse bias direction applied to the photodiode;
An optical signal latch circuit comprising:
前記MISトランジスタは、
ゲート端子がその前段インバータの出力端子に接続され、
ドレイン端子が前記入力受付用スイッチング素子を介して前記入力部インバータの入力端子に接続され、
ソース端子には前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときの前記入力ノードの論理値と同じ論理値に相当する電圧が印加され、
前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときにオン状態となるものであること
を特徴とする請求項1又は2記載の光信号ラッチ回路。 The inverter in the latch circuit is provided with one MIS transistor instead of the input receiving switching element connected to the output side,
The MIS transistor is
The gate terminal is connected to the output terminal of the preceding inverter,
A drain terminal is connected to the input terminal of the input unit inverter via the input receiving switching element,
A voltage corresponding to the same logical value as the logical value of the input node when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode is applied to the source terminal,
3. The optical signal latch circuit according to claim 1, wherein the optical signal latch circuit is turned on when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode.
前記ラッチ回路内の1つのインバータ(以下、「入力部インバータ」という。)の入力側に設けられ、前記ラッチ回路のループの接断を行う入力受付用スイッチング素子と、
前記入力部インバータと前記入力受付用スイッチング素子との接続ノード(以下、「入力ノード」という。)に逆バイアス接続されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに印加する逆バイアス方向のリフレッシュ電圧のオンオフを行うリフレッシュ・スイッチング素子と、
を具備する光信号ラッチ回路を複数個備えるとともに、
スイッチング素子(以下、「ブロック・リフレッシュ・スイッチング素子」という。)と直列に逆バイアス接続されたフォトダイオード(以下、「リフレッシュ・フォトダイオード」という。)、
及び、入力端子が前記リフレッシュ・フォトダイオードと前記ブロック・リフレッシュ・スイッチング素子との連結ノードに接続された出力バッファ回路
を具備するゲート開放信号生成回路を備え、
前記各光信号ラッチ回路の入力受付用スイッチング素子は、前記ゲート開放信号生成回路の出力バッファ回路の出力により開閉されることを特徴とする光信号ラッチアレイ。 A latch circuit in which an even number of inverters are connected in a loop; and
An input receiving switching element that is provided on the input side of one inverter in the latch circuit (hereinafter referred to as an “input unit inverter”), and disconnects the loop of the latch circuit;
A photodiode reverse-biased to a connection node (hereinafter referred to as “input node”) between the input unit inverter and the input receiving switching element;
A refresh switching element for turning on and off a refresh voltage in a reverse bias direction applied to the photodiode;
A plurality of optical signal latch circuits comprising:
A photodiode (hereinafter referred to as “refresh photodiode”) reversely biased in series with a switching element (hereinafter referred to as “block refresh switching element”);
And an open gate signal generation circuit comprising an output buffer circuit having an input terminal connected to a connection node between the refresh photodiode and the block refresh switching element,
The input signal switching element of each optical signal latch circuit is opened and closed by the output of the output buffer circuit of the gate opening signal generation circuit.
前記MISトランジスタは、
ゲート端子がその前段インバータの出力端子に接続され、
ドレイン端子が前記入力受付用スイッチング素子を介して前記入力部インバータの入力端子に接続され、
ソース端子には前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときの前記入力ノードの論理値と同じ論理値に相当する電圧が印加され、
前記フォトダイオードの両端子間に前記リフレッシュ電圧が印加されているときにオン状態となるものであること
を特徴とする請求項4又は5記載の光信号ラッチアレイ。 The inverter in the latch circuit includes one MIS transistor instead of the inverter having the input receiving switching element connected to the output side,
The MIS transistor is
The gate terminal is connected to the output terminal of the preceding inverter,
A drain terminal is connected to the input terminal of the input unit inverter via the input receiving switching element,
A voltage corresponding to the same logical value as the logical value of the input node when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode is applied to the source terminal,
6. The optical signal latch array according to claim 4, wherein the optical signal latch array is turned on when the refresh voltage is applied between both terminals of the photodiode.
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