JP2008085592A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1のクロック信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの一方のエッジに基づいて動作するフリップフロップ2と、フリップフロップの入力と出力とを比較し、異なる場合に要求信号を出力する判定回路6と、外部からの第2のクロック信号を受け、前記第1のクロック信号および確認信号を発生する制御回路4と、を備え、制御回路は、判定回路から要求信号が送られてきたときにフリップフロップが動作後であれば、第1のクロック信号を反転させかつ確認信号を前記判定回路に送出し、判定回路に要求信号を解除させる。
【選択図】図1
Description
本発明の第1実施形態によるフリップフロップ回路の基本的な構成を図1に示す。
本発明の第2実施形態によるフリップフロップ回路を図2に示す。本実施形態は、第1実施形態のフリップフロップ回路の制御回路4および判定回路6をロジックレベルで具体的に記述した一回路構成となっている。制御回路4はAND回路4aから構成され、判定回路6は、D−FF2の入出力D,Qに基づいて排他的論理和演算をする排他的論理和回路6a(以下、EXOR回路6aとも云う)と、遅延素子6bと、およびEXOR回路6aおよび遅延素子6bの出力に基づいてNAND演算する論理回路6cとから構成される。この場合、D−FF2へのクロックと確認信号は同じ信号を使用しているが、合成する論理によって、そうである場合もそうでない場合もある。また、本実施形態においては、要求信号や確認信号は、負論理で行われていることになる。
次に、本発明の第3実施形態によるフリップフロップ回路を図3に示す。この実施形態のフリップフロップ回路は、第2実施形態の論理回路6cを、直列に接続されたpチャネルトランジスタ6c1、nチャネルトランジスタ6c2、およびnチャネルトランジスタ6c3に置き換えた構成となっている。
次に、本発明の第4実施形態によるフリップフロップ回路を図7に示す。本実施形態のフリップフロップ回路は、図3に示す第3実施形態において、遅延素子6bの後に、遅延素子6b3と、AND回路6b4とを挿入した構成となっている。AND回路6b4の片方の論理だけ負論理動作にしておく。このときAND回路6b4は2つの入力が「H」になると「L」を出力するが、片方の入力にだけ遅延素子が挿入されているので、クロックが「L」から「H」になった後、両入力の遅延差の時間だけ、AND回路6b4は「H」を出力し、この間だけ、D−FF2のエラー判定が行われる。その時間は遅延素子6b3による、AND回路6b4の2入力の遅延差で決定される。遅延時間の調整は、他の実施形態と同じく、インバータを重ねた形でも良いし、チャネル幅やチャネル長を変化させること、キャパシタと組み合わせることで実現できる。片方を負論理にしたAND回路は、AND回路の入力にインバータを接続することで実現できる。このような構成をとっても、追加トランジスタ数は27個程度であり、回路のオーバーヘッドを小さく抑えたまま、誤り訂正機能を持たせることが可能になる。
次に、本発明の第5実施形態によるフリップフロップ回路を図8に示す。この実施形態のフリップフロップ回路は、図2に示す第2実施形態において、制御回路4を3入力AND回路4cから構成し、EXOR回路6aの出力を第1要求信号として3入力AND回路4cに入力し、判定回路6の遅延素子6bを論理回路6cの出力と3入力AND回路4cの入力との間に設け、この遅延素子6bの出力を第2要求信号として3入力AND回路4cの入力とした構成となっている。
次に、本発明の第6実施形態によるフリップフロップ回路を図12に示す。本実施形態のフリップフロップ回路は、図1に示す第1実施形態のD−FF2をフリップフロップ2Aに置き換えた構成となっている。このフリップフロップ2Aは、第1実施形態のD−FF2にテストモード信号TEを受ける端子と、テストモード用入力信号SIを受ける端子と、テストモード用出力信号SOを受ける端子とを設けた構成となっている。
次に、本発明の第7実施形態によるフリップフロップ回路を図15に示す。本実施形態のフリップフロップ回路は、複数のD−FF21、22、・・・、2n(n≧2)を備え、これらのD−FF21、22、・・・、2nに対して判定回路6と、制御回路4とを共有した構成となっている。これにより、判定回路6や制御回路4の面積は増大するものの、回路全体の面積は縮小される。この構成によれば、複数のD−FF21、22、・・・、2nの入力と出力をそれぞれ判定し、一つでもエラーが検出された場合は、全体のクロックを立ち上げなおすことで、エラー耐性を持たせることができる。
次に、本発明の第8実施形態によるパイプラインシステムを図18に示す。本実施形態のパイプラインシステムは、D−FF101と、論理回路102とが直列に複数組接続されたパイプラインにおいて、少なくとも一つD−FF101を第1乃至第7実施形態のいずれかのフリップフロップ回路で置き換えた構成となっている。このようなパイプライン構成にすることで、回路全体にエラー耐性を持たせることができる。すべてのフリップフロップを上記実施形態のフリップフロップ回路に取り替えても良いし、ロジックのタイミングの厳しいところにだけ挿入しても良い。なお、図18においては、パイプラインに導入された上記実施形態のフリップフロップ回路の後段に論理回路を含まないようにした、すなわち空のステージを設けた構成となっている。
4 制御回路
6 判定回路
Claims (10)
- 第1のクロック信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの一方のエッジに基づいて動作するフリップフロップと、
前記フリップフロップの入力と出力とを比較し、異なる場合に要求信号を出力する判定回路と、
外部からの第2のクロック信号を受け、前記第1のクロック信号および確認信号を発生する制御回路と、
を備え、前記制御回路は、前記判定回路から前記要求信号が送られてきたときに前記フリップフロップが動作後であれば、前記第1のクロック信号を反転させかつ前記確認信号を前記判定回路に送出し、前記判定回路に前記要求信号を解除させることを特徴とするフリップフロップ回路。 - 前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記AND回路の出力を遅延させる遅延素子と、前記不一致検出回路の出力と前記遅延素子の出力とに基づいてNAND演算し、前記要求信号を出力する論理回路とを有し、
前記AND回路は前記第2のクロック信号と前記論理回路の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記遅延素子に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記AND回路の出力を遅延させる遅延素子と、前記不一致検出回路の出力と前記遅延素子の出力とに基づいて演算する論理回路とを有し、
前記論理回路は前記遅延素子の出力をゲートに受けソースが電源に接続されるpチャネルトランジスタと、前記不一致検出回路の出力をゲートに受け、ドレインが前記pチャネルトランジスタのドレインに接続される第1のnチャネルトランジスタと、前記遅延素子の出力をゲートに受け、ドレインが前記第1のnチャネルトランジスタのソースに接続され、ソースが接地される第2のnチャネルトランジスタと、を備え、前記pチャネルトランジスタと前記第1のnチャネルトランジスタの共通接続ノードから前記要求信号を出力し、
前記AND回路は前記第2のクロック信号と前記論理回路の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記遅延素子に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記フリップフロップは、前記第1クロック信号に基づいて動作する第1のラッチ回路と、前記第1のラッチ回路に直列に接続され前記第1のクロック信号の反転信号に基づいて動作する第2のラッチ回路とを備え、
前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記AND回路の出力を遅延させる遅延素子と、前記不一致検出回路の出力と前記遅延素子の出力とに基づいて演算する論理回路とを有し、
前記不一致検出回路は、前記フリップフロップの入力データの反転信号に基づいて前記第2のラッチ回路の入力の取り込みまたは遮断の制御する第1のトランスファーゲートと、前記フリップフロップの入力データに基づいて前記第2のラッチ回路の出力の取り込みまたは遮断の制御する第2のトランスファーゲートと、を備え、前記第1および第2のトランスファーゲートの出力端子が共通に接続され、
前記論理回路は前記遅延素子の出力をゲートに受けソースが電源に接続されるpチャネルトランジスタと、前記不一致検出回路の出力をゲートに受け、ドレインが前記pチャネルトランジスタのドレインに接続される第1のnチャネルトランジスタと、前記遅延素子の出力をゲートに受け、ドレインが前記第1のnチャネルトランジスタのソースに接続され、ソースが接地される第2のnチャネルトランジスタと、を備え、前記pチャネルトランジスタと前記第1のnチャネルトランジスタの共通接続ノードから前記要求信号を出力し、
前記AND回路は前記第2クロック信号と前記論理回路の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記遅延素子に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記AND回路の出力と前記不一致回路の出力とに基づいてNAND演算する論理回路と、前記論理回路の出力を遅延する遅延素子と、を有し、
前記AND回路は前記第2のクロック信号と、前記不一致検出回路の出力と、前記遅延素子の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記論理回路に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記フリップフロップは、前記第1のクロック信号に基づいて動作する第1のラッチ回路と、前記第1のラッチ回路に直列に接続され前記第1のクロック信号の反転信号に基づいて動作する第2のラッチ回路とを備え、
前記制御回路は、前記第2クロック信号を反転する第1のインバータと、第1のNOR回路と、前記第1のNOR回路の出力を反転する第2のインバータとを有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記不一致検出回路の出力と前記第2のインバータの出力とに基づいてNOR演算する第2のNOR回路とを有し、
前記不一致検出回路は、前記フリップフロップの入力データの反転信号に基づいて前記第2のラッチ回路の入力の取り込みまたは遮断の制御する第1のトランスファーゲートと、前記フリップフロップの入力データに基づいて前記第2のラッチ回路の出力の取り込みまたは遮断の制御する第2のトランスファーゲートと、を備え、前記第1および第2のトランスファーゲートの出力端子が共通に接続され、
前記第1のNOR回路は前記第2のクロック信号の反転値と、前記不一致回路の出力と、前記第2のNOR回路の出力とに基づいてNOR演算することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、前記AND回路の出力を遅延させる遅延素子と、テストモード信号と前記不一致検出回路の出力と前記遅延素子の出力とに基づいてNAND演算し、前記要求信号を出力する論理回路とを有し、
前記AND回路は前記第2のクロック信号と前記論理回路の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記遅延素子に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - 前記制御回路はAND回路を有し、
前記判定回路は、前記フリップフロップの入力および出力の不一致を検出する不一致検出回路と、テストモード信号と前記不一致検出回路の出力と前記AND回路の出力とに基づいてNAND演算する論理回路と、前記論理回路の出力を遅延する遅延素子とを有し、
前記AND回路は前記第2のクロック信号と前記不一致回路の出力と前記遅延素子の出力とに基づいてAND演算し、出力である前記確認信号を前記フリップフロップおよび前記論理回路に送出することを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回路。 - フリップフロップと論理回路との組が複数個直列に接続され、少なくとも一組のフリップフロップが請求項1乃至8のいずれかに記載のフリップフロップ回路に置き換えられていることを特徴とするパイプラインシステム。
- 前記フリップフロップ回路に置き換えられた組の後段の少なくとも一組は論理回路が省略されていることを特徴とする請求項9記載のパイプラインシステム。
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