JP2014158176A - Semiconductor device - Google Patents

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Koichiro Noguchi
宏一朗 野口
Koichi Nose
浩一 野瀬
Katsunori Tanaka
克典 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that in a conventional flip-flop, the power consumption cannot be sufficiently reduced.SOLUTION: A semiconductor device includes: a disparity detection circuit 11 for detecting a disparity between input data and output data and outputting a disparity detection signal S11; a set-reset latch 12 for generating an internal clock signal CKx on the basis of the disparity detection signal S11 and an operational clock signal CKS; and a data holding section 15 for holding the input data by using the internal clock signal CKx as a trigger signal. The set-reset latch is constituted from a reverse OR circuit or a reverse AND circuit.

Description

本発明は半導体装置に関し、例えば、エッジトリガ型フリップフロップを搭載する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, for example, a semiconductor device on which an edge trigger type flip-flop is mounted.

近年、半導体装置では、消費電力の低減が強く求められている。この半導体装置は、例えば、動作クロック信号を伝達するクロックツリーと、動作クロック信号に基づきデータの保持動作を行うフリップフロップとを有する。このような半導体装置では、クロックツリー及びフリップフロップにおける消費電流が動作クロック信号の高速化に伴い増大している。   In recent years, semiconductor devices have been strongly demanded to reduce power consumption. The semiconductor device includes, for example, a clock tree that transmits an operation clock signal and a flip-flop that performs a data holding operation based on the operation clock signal. In such a semiconductor device, current consumption in the clock tree and the flip-flop increases as the operating clock signal increases.

そこで、特許文献1〜6に、入力データの遷移がない場合に動作クロック信号に応じた内部トランジスタの動作を抑制するコンディショナルクロック動作を行うフリップフロップの例が開示されている。このコンディショナルクロック動作を行うことで、動作クロックに応じた内部トランジスタのトグルを抑制できるため、フリップフロップにおける消費電力を削減できる。また、特許文献7〜10では、コンディショナルクロック動作を行うフリップフロップにおけるハザード耐性を向上させる技術が開示されている。   Thus, Patent Documents 1 to 6 disclose examples of flip-flops that perform a conditional clock operation that suppresses the operation of an internal transistor according to an operation clock signal when there is no transition of input data. By performing this conditional clock operation, it is possible to suppress the toggle of the internal transistor according to the operation clock, so that the power consumption in the flip-flop can be reduced. Patent Documents 7 to 10 disclose techniques for improving hazard resistance in flip-flops that perform a conditional clock operation.

特許文献1〜6に記載されたフリップフロップには、入力データにハザードが生じた場合に誤動作を生じる問題があり、特許文献7〜10に開示されてい技術を用いることで、ハザードの問題を解決することができる。しかしながら、特許文献7〜10に記載のフリップフロップは、ハザード耐性を向上させるために、フリップフロップ内で動作クロック信号を受信するトランジスタが特許文献1〜6に記載のフリップフロップよりも多い。そのため、特許文献7〜10に記載のフリップフロップは、クロック入力端子の入力容量が増大し、当該入力容量の増大に起因して消費電力が増大する問題が生じる。   The flip-flops described in Patent Documents 1 to 6 have a problem of causing a malfunction when a hazard occurs in input data. By using the technology disclosed in Patent Documents 7 to 10, the problem of the hazard is solved. can do. However, the flip-flops described in Patent Documents 7 to 10 have more transistors that receive an operation clock signal in the flip-flop than the flip-flops described in Patent Documents 1 to 6 in order to improve hazard resistance. For this reason, the flip-flops described in Patent Documents 7 to 10 have a problem that the input capacitance of the clock input terminal increases, and the power consumption increases due to the increase of the input capacitance.

そこで、非特許文献1に記載の技術では、入力容量を特許文献1〜6の記載のフリップフロップと同程度としながら、ハザード耐性を向上させる技術が開示されている。   In view of this, the technique described in Non-Patent Document 1 discloses a technique for improving hazard resistance while maintaining the same input capacitance as the flip-flops described in Patent Documents 1 to 6.

特開2006−229745号公報JP 2006-229745 A 特開平10−41789号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-41789 特開平4−298115号公報JP-A-4-298115 特開平10−163820号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-163820 特開平1−286609号公報JP-A-1-286609 特開2000−13195号公報JP 2000-13195 A 特開平11−340795号公報JP-A-11-340795 特開2004−56667号公報JP 2004-56667 A 特開平8−274594号公報JP-A-8-274594 特開2000−232339号公報JP 2000-232339 A

A.G.M. Strollo, E. Napoli, D. De Caro, "New Clock-Gating Techniques for Low-Power Flip-Flops", Low Power Electronics and Design, 2000. ISLPED '00. Proceedings of the 2000 International Symposium on, pp. 114-119, 2000AGM Strollo, E. Napoli, D. De Caro, "New Clock-Gating Techniques for Low-Power Flip-Flops", Low Power Electronics and Design, 2000. ISLPED '00. Proceedings of the 2000 International Symposium on, pp. 114 -119, 2000

しかしながら、非特許文献1に記載の技術では、ゲーティング回路がクロック遮断状態からクロック通過状態に遷移するタイミングでゲーティング回路の不安定になる問題がある。   However, the technique described in Non-Patent Document 1 has a problem that the gating circuit becomes unstable at the timing when the gating circuit transitions from the clock cutoff state to the clock passing state.

一実施の形態によれば、半導体装置は、入力データと出力データの不一致を検出して不一致検出信号を生成する不一致検出回路と、不一致検出信号と動作クロック信号とに基づき内部クロック信号を生成するセットリセットラッチと、内部クロック信号をトリガ信号として入力データを保持するデータ保持部と、を有し、セットリセットラッチを反転論理和回路又は反転論理積回路を用いて構成するものである。   According to one embodiment, a semiconductor device detects a mismatch between input data and output data and generates a mismatch detection signal, and generates an internal clock signal based on the mismatch detection signal and the operation clock signal. A set reset latch and a data holding unit for holding input data using an internal clock signal as a trigger signal are provided, and the set reset latch is configured using an inverting OR circuit or an inverting AND circuit.

一実施の形態によれば、安定性が高く消費電力が小さな半導体装置を提供することができる。   According to one embodiment, a semiconductor device with high stability and low power consumption can be provided.

実施の形態1にかかるフリップフロップのブロック図である。1 is a block diagram of a flip-flop according to a first exemplary embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップの内部クロック生成部への入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表である。3 is a truth table showing a relationship between an input value to an internal clock generation unit of the flip-flop according to the first embodiment and an internal clock signal; 実施の形態1にかかるフリップフロップの不一致検出回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a mismatch detection circuit of a flip-flop according to a first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップの不一致検出回路の真理値表である。3 is a truth table of the mismatch detection circuit of the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップのSRラッチの回路図である。3 is a circuit diagram of an SR latch of the flip-flop according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかるフリップフロップのSRラッチの真理値表である。3 is a truth table of the SR latch of the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップのデータ保持部の回路図である。3 is a circuit diagram of a data holding unit of the flip-flop according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかるフリップフロップの動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the flip-flop according to the first exemplary embodiment; 非特許文献1に記載のフリップフロップの回路図である。2 is a circuit diagram of a flip-flop described in Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献1に記載のフリップフロップのゲーティング回路の課題を説明する回路図である。10 is a circuit diagram illustrating a problem of a flip-flop gating circuit described in Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献1に記載のフリップフロップのゲーティング回路の課題を説明する回路図である。10 is a circuit diagram illustrating a problem of a flip-flop gating circuit described in Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献1に記載のフリップフロップのゲーティング回路の課題を説明する回路図である。10 is a circuit diagram illustrating a problem of a flip-flop gating circuit described in Non-Patent Document 1. FIG. 実施の形態1にかかるフリップフロップのSRラッチの動作を説明する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation of the SR latch of the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップのSRラッチの動作を説明する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation of the SR latch of the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップのSRラッチの動作を説明する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation of the SR latch of the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップと非特許文献1に記載のフリップフロップとの安定度の差を説明するグラフである。6 is a graph illustrating a difference in stability between the flip-flop according to the first embodiment and the flip-flop described in Non-Patent Document 1. クロック信号に対する制御を行わないフリップフロップの回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a flip-flop that does not control a clock signal. 実施の形態1にかかるフリップフロップを含む半導体装置と他のフリップフロップを含む半導体装置の消費電力を比較したグラフである。3 is a graph comparing power consumption of a semiconductor device including a flip-flop according to the first embodiment and a semiconductor device including another flip-flop. 実施の形態1にかかるフリップフロップと一般的なフリップフロップの出力データによる消費電力の違いを示すグラフである。4 is a graph showing a difference in power consumption depending on output data of the flip-flop according to the first embodiment and a general flip-flop. 実施の形態2にかかるフリップフロップのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a flip-flop according to a second exemplary embodiment. 実施の形態2にかかるフリップフロップのSRラッチへの入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表である。10 is a truth table showing a relationship between an input value to the SR latch of the flip-flop according to the second embodiment and an internal clock signal; 実施の形態2にかかるフリップフロップの不一致検出回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a flip-flop mismatch detection circuit according to a second embodiment; 実施の形態2にかかるフリップフロップの不一致検出回路の真理値表である。5 is a truth table of a mismatch detection circuit of a flip-flop according to a second embodiment; 実施の形態2にかかるフリップフロップのSRラッチの回路図である。6 is a circuit diagram of an SR latch of a flip-flop according to a second embodiment; FIG. 実施の形態2にかかるフリップフロップのSRラッチの真理値表である。10 is a truth table of the SR latch of the flip-flop according to the second embodiment; 実施の形態2にかかるフリップフロップの動作を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing the operation of the flip-flop according to the second exemplary embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップの変形例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a modification of the flip-flop according to the first embodiment. 図21に示したフリップフロップのSRラッチへの入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表である。FIG. 22 is a truth table showing a relationship between an input value to the SR latch of the flip-flop shown in FIG. 21 and an internal clock signal. 実施の形態2にかかるフリップフロップの変形例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a modification of the flip-flop according to the second exemplary embodiment; 図23に示したフリップフロップのSRラッチへの入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表である。24 is a truth table showing a relationship between an input value to the SR latch of the flip-flop shown in FIG. 23 and an internal clock signal. 実施の形態4にかかるフリップフロップの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a flip-flop according to a fourth embodiment; 実施の形態4にかかるフリップフロップの排他的論理和回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an exclusive OR circuit of a flip-flop according to a fourth embodiment; 実施の形態4にかかるフリップフロップのSRラッチの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an SR latch of a flip-flop according to a fourth embodiment; 実施の形態4にかかるフリップフロップの比較例となるフリップフロップの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a flip-flop as a comparative example of the flip-flop according to the fourth embodiment; 実施の形態4にかかるフリップフロップの別の形態で利用する排他的反転論理和回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an exclusive inversion OR circuit used in another form of the flip-flop according to the fourth embodiment. 実施の形態4にかかるフリップフロップの別の形態で利用するSRラッチの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an SR latch used in another form of the flip-flop according to the fourth embodiment. 実施の形態5にかかるフリップフロップの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a flip-flop according to a fifth embodiment; 実施の形態5にかかる不一致検出回路を適用した実施の形態1にかかるフリップフロップの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a flip-flop according to the first embodiment to which the mismatch detection circuit according to the fifth embodiment is applied. 実施の形態5にかかるフリップフロップのレイアウトの概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a layout of a flip-flop according to a fifth embodiment; 図36に示したフリップフロップのレイアウトの概略図である。FIG. 37 is a schematic diagram of a layout of the flip-flop shown in FIG. 36. 実施の形態5にかかるフリップフロップの動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart illustrating an operation of the flip-flop according to the fifth exemplary embodiment. 実施の形態1にかかるフリップフロップを含む半導体装置の第1の例となる回路構成を示す半導体装置のブロック図である。1 is a block diagram of a semiconductor device showing a circuit configuration as a first example of a semiconductor device including a flip-flop according to a first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップを含む半導体装置の第2の例となるの回路構成を示す半導体装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a semiconductor device showing a circuit configuration of a second example of the semiconductor device including the flip-flop according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるフリップフロップを含む半導体装置の第3の例となるの回路構成を示す半導体装置のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a semiconductor device showing a circuit configuration of a third example of the semiconductor device including the flip-flop according to the first embodiment;

実施の形態1
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。以下では、主にフリップフロップの回路構成について説明するが、当該フリップフロップは、半導体装置を構成する回路の1つとして用いられるものである。そこで、図1に実施の形態1にかかるフリップフロップ1のブロック図を示す。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the circuit configuration of the flip-flop will be mainly described. However, the flip-flop is used as one of circuits constituting the semiconductor device. FIG. 1 is a block diagram of the flip-flop 1 according to the first embodiment.

図1に示すように、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、データ入力端子D、クロック入力端子CK及びデータ出力端子Qoを有する。クロック入力端子CKはクロック信号CKSが入力される端子である。データ入力端子Dは入力データDinが入力される端子である。データ出力端子Qoは出力データDoを出力する端子である。そして、フリップフロップ1は、入力データDinに状態遷移(例えば、論理レベルの変化)が生じた場合に、クロック信号CKSの立ち上がりエッジに応じて出力データDoの論理レベルを変化させる。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、トリガエッジの直前の期間の第1の論理レベルがロウレベルとなり、トリガエッジの直後の期間の第2の論理レベルがハイレベルとなるクロック信号CKSに基づき入力データDinの保持動作を行うものである。   As shown in FIG. 1, the flip-flop 1 according to the first embodiment includes a data input terminal D, a clock input terminal CK, and a data output terminal Qo. The clock input terminal CK is a terminal to which a clock signal CKS is input. The data input terminal D is a terminal to which input data Din is input. The data output terminal Qo is a terminal for outputting the output data Do. The flip-flop 1 changes the logic level of the output data Do according to the rising edge of the clock signal CKS when a state transition (for example, a change in logic level) occurs in the input data Din. That is, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the clock signal CKS in which the first logic level in the period immediately before the trigger edge is low and the second logic level in the period immediately after the trigger edge is high is used. Based on this, the holding operation of the input data Din is performed.

図1に示すように、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、クロック制御回路10及びデータ保持部15を有する。クロック制御回路10は、入力データDinが出力データDoとは異なる論理レベルとなったときのみ、内部クロック信号CKxの論理レベルをクロック信号CKSのクロックエッジに応じて変化させる。つまり、クロック制御回路10は、入力データDinと出力データDoとに応じたクロックゲーティング機能を有する。そして、フリップフロップ1は、内部クロック信号CKxをデータ保持部15に与える。データ保持部15は、内部クロック信号CKxをトリガ信号として入力データDinを保持する。実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、データ保持部15として立ち上がりエッジに応じて入力データDinを取り込み、出力データDoを入力データDinに応じた論理レベルとする。つまり、フリップフロップ1は、データ保持部15として立ち上がりエッジトリガのフリップフロップを用いる。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、内部クロック信号CKxとして、トリガエッジの直前の期間の第3の論理レベルがロウレベルとなり、トリガエッジの直後の期間の第4の論理レベルがハイレベルとなる信号を用いる。   As illustrated in FIG. 1, the flip-flop 1 according to the first embodiment includes a clock control circuit 10 and a data holding unit 15. The clock control circuit 10 changes the logic level of the internal clock signal CKx according to the clock edge of the clock signal CKS only when the input data Din has a logic level different from that of the output data Do. That is, the clock control circuit 10 has a clock gating function corresponding to the input data Din and the output data Do. Then, the flip-flop 1 supplies the internal clock signal CKx to the data holding unit 15. The data holding unit 15 holds the input data Din using the internal clock signal CKx as a trigger signal. In the flip-flop 1 according to the first embodiment, the data holding unit 15 takes in the input data Din according to the rising edge, and sets the output data Do to a logic level according to the input data Din. That is, the flip-flop 1 uses a rising edge triggered flip-flop as the data holding unit 15. That is, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, as the internal clock signal CKx, the third logic level in the period immediately before the trigger edge is low level, and the fourth logic level in the period immediately after the trigger edge is high level. Is used.

なお、以下の説明では、データ保持部15に入力データDinの取り込み指示を行うトリガエッジを与える信号を内部クロック信号CKxと称する。また、クロック制御回路10は、内部クロック信号CKxとは反転した論理レベルを有する反転内部クロック信号CKxBを生成する。そして、データ保持部15は、内部クロック信号CKxと反転内部クロック信号CKxBとに基づき動作するものとする。つまり、フリップフロップ1と、フリップフロップ1で利用するデータ保持部15と、が共に立ち上がりエッジトリガ型であった場合、クロック制御回路10は、クロック信号CKSの立ち上がりエッジに合わせて内部クロック信号CKxを立ち上げる。一方、フリップフロップが立ち下がりエッジトリガ型であり、フリップフロップで利用するデータ保持部15が立ち上がりエッジトリガ型であった場合、クロック制御部10は、クロック信号CKSの立ち下がりエッジに合わせて内部クロック信号CKxを立ち下げる。   In the following description, a signal that gives a trigger edge that instructs the data holding unit 15 to take in the input data Din is referred to as an internal clock signal CKx. The clock control circuit 10 generates an inverted internal clock signal CKxB having a logic level that is inverted from that of the internal clock signal CKx. The data holding unit 15 operates based on the internal clock signal CKx and the inverted internal clock signal CKxB. That is, when both the flip-flop 1 and the data holding unit 15 used in the flip-flop 1 are the rising edge trigger type, the clock control circuit 10 generates the internal clock signal CKx in accordance with the rising edge of the clock signal CKS. Launch. On the other hand, when the flip-flop is the falling edge trigger type and the data holding unit 15 used in the flip-flop is the rising edge trigger type, the clock control unit 10 sets the internal clock in accordance with the falling edge of the clock signal CKS. The signal CKx falls.

クロック制御回路10は、不一致検出回路11及び内部クロック生成部12を有する。不一致検出回路11は、入力データDinと出力データDoの不一致を検出して、不一致検出信号S11を出力する。実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、不一致検出回路11として排他的論理和回路(図中ではXORと表示する)を利用する。この不一致検出回路11は、2つの入力信号が不一致であることを検出した状態(以下、不一致検出状態と称す)において不一致検出信号S11をハイレベル(例えば、1)とし、2つの入力信号が一致していることを検出した状態(以下、一致検出状態と称す)において不一致検出信号S11をロウレベル(例えば、0)とする。   The clock control circuit 10 includes a mismatch detection circuit 11 and an internal clock generation unit 12. The mismatch detection circuit 11 detects a mismatch between the input data Din and the output data Do and outputs a mismatch detection signal S11. In the flip-flop 1 according to the first embodiment, an exclusive OR circuit (indicated as XOR in the figure) is used as the mismatch detection circuit 11. The mismatch detection circuit 11 sets the mismatch detection signal S11 to a high level (for example, 1) in a state where the two input signals are detected to be mismatched (hereinafter referred to as a mismatch detection state). The mismatch detection signal S11 is set to a low level (for example, 0) in a state where it is detected that the match is detected (hereinafter referred to as a match detection state).

内部クロック生成部12は、不一致検出信号S11が不一致検出状態となったときにクロック信号CKSのトリガエッジの入力があった場合にクロック信号CKSのトリガエッジに対応したトリガエッジを有する内部クロック信号CKxを生成する。より具体的に説明するために、図2に内部クロック生成部12の動作を示す真理値表を示す。   The internal clock generator 12 has an internal clock signal CKx having a trigger edge corresponding to the trigger edge of the clock signal CKS when the trigger edge of the clock signal CKS is input when the mismatch detection signal S11 enters the mismatch detection state. Is generated. In order to explain more specifically, FIG. 2 shows a truth table showing the operation of the internal clock generator 12.

まず、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、クロック信号CKSは、論理レベルについて、トリガエッジの直前の期間の論理レベルが第1の論理レベル(例えば、ロウレベル又は0)となり、トリガエッジの直後の期間の論理レベルが第2の論理レベル(例えばハイレベル又は1)となる。また、内部クロック信号CKxは、論理レベルについて、トリガエッジの直前の期間の論理レベルが第3の論理レベル(例えば、ロウレベル又は0)となり、トリガエッジの直後の期間の論理レベルが第4の論理レベル(例えばハイレベル又は1)となる。   First, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, for the clock signal CKS, the logic level of the period immediately before the trigger edge is the first logic level (for example, low level or 0), and the logic level is immediately after the trigger edge. The logic level during this period becomes the second logic level (for example, high level or 1). The internal clock signal CKx has a logic level in the period immediately before the trigger edge as the third logic level (for example, low level or 0), and the logic level in the period immediately after the trigger edge is the fourth logic level. Level (for example, high level or 1).

そして、図2に示すように、内部クロック生成部12は、不一致検出信号S11が一致検出状態(例えば、ロウレベル)である場合、クロック信号CKSがハイレベルとなることで内部クロック信号CKxをハイレベルとする。そして、内部クロック生成部12は、不一致検出信号S11がロウレベルである場合、一旦内部クロック信号CKxがハイレベルとなった後はクロック信号CKSがトグルしても内部クロックCKxをハイレベルで維持する。また、内部クロック生成部12は、不一致検出信号S11が不一致検出状態(例えば、ハイレベル)である場合、クロック信号CKSの論理レベルと同じ論理レベルとなるように内部クロック信号CKxをトグルする。   As shown in FIG. 2, when the mismatch detection signal S11 is in a match detection state (for example, low level), the internal clock generation unit 12 sets the internal clock signal CKx to a high level when the clock signal CKS becomes a high level. And When the mismatch detection signal S11 is at a low level, the internal clock generation unit 12 maintains the internal clock CKx at a high level even if the clock signal CKS toggles after the internal clock signal CKx once becomes a high level. Further, when the mismatch detection signal S11 is in a mismatch detection state (for example, high level), the internal clock generation unit 12 toggles the internal clock signal CKx so as to have the same logic level as the clock signal CKS.

ここで、内部クロック生成部12の動作について別の観点から説明する。図2に示すように、内部クロック生成部12は、クロック信号CKSがロウレベルである期間に不一致検出信号S11が不一致検出状態(例えば、ハイレベル)となった場合、内部クロック信号CKxをロウレベルとする。その後、不一致検出信号S11が不一致検出状態を維持した状態でクロック信号CKSのトリガエッジが入力されることでクロック信号CKSがハイレベルとなった場合、内部クロック信号CKxは、クロック信号CKSの論理レベルの切り替わりに応じて内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルに切り替える。また、クロック信号CKSがハイレベルである期間に不一致検出信号S11の状態が一致検出状態と不一致検出状態との間で切り替わっても、内部クロック生成部12は、内部クロック信号CKxをハイレベルで維持する。また、クロック信号CKSがロウレベルである期間に不一致検出信号S11の状態が一致検出状態と不一致検出状態との間で切り替わった場合、内部クロック生成部12は、内部クロック信号CKxを一旦ロウレベルした後は内部クロック信CKxをロウレベルで維持する。   Here, the operation of the internal clock generation unit 12 will be described from another viewpoint. As shown in FIG. 2, the internal clock generator 12 sets the internal clock signal CKx to a low level when the mismatch detection signal S11 is in a mismatch detection state (for example, a high level) during a period in which the clock signal CKS is at a low level. . After that, when the clock signal CKS becomes high level by inputting the trigger edge of the clock signal CKS while the mismatch detection signal S11 maintains the mismatch detection state, the internal clock signal CKx has the logic level of the clock signal CKS. The internal clock signal CKx is switched from the low level to the high level in accordance with the switching. Further, even when the state of the mismatch detection signal S11 switches between the match detection state and the mismatch detection state during the period when the clock signal CKS is at the high level, the internal clock generation unit 12 maintains the internal clock signal CKx at the high level. To do. Further, when the state of the mismatch detection signal S11 is switched between the match detection state and the mismatch detection state during the period when the clock signal CKS is at the low level, the internal clock generation unit 12 once sets the internal clock signal CKx to the low level. The internal clock signal CKx is maintained at a low level.

なお、図2に示すように、内部クロック生成部12は、内部クロック信号CKxに加えて内部クロック信号CKxとは反転した論理レベルを有する反転内部クロック信号CKxBを出力する。   As shown in FIG. 2, the internal clock generation unit 12 outputs an inverted internal clock signal CKxB having a logic level inverted from the internal clock signal CKx in addition to the internal clock signal CKx.

この内部クロック生成部12は、セットリセットラッチ(以下、SRラッチと称す)13、インバータ14を有する。SRラッチ13は、セット入力端子S、リセット入力端子R、第1の出力端子(例えば、ラッチ出力端子QL)、第2の出力端子(例えば、反転ラッチ出力端子QLB)を有する。そして、SRラッチ13は、セット入力端子Sとリセット入力端子Sとの一方に不一致検出信号S11が入力され、セット入力端子Sとリセット入力端子Rとの他方に動作クロック信号(例えば、クロック信号CKS)が入力され、不一致検出回路S11とクロック信号CKSとに基づき内部クロック信号CKxを生成する。実施の形態1では、セット入力端子Sには、セット信号として不一致検出信号S11が入力される。また、リセット入力端子Rには、リセット信号としてクロック信号CKSが入力される。また、詳細は後述するが、SRラッチ13はクロック信号CKSが入力されるトランジスタが2以下であるという特徴を有する。   The internal clock generator 12 includes a set / reset latch (hereinafter referred to as SR latch) 13 and an inverter 14. The SR latch 13 has a set input terminal S, a reset input terminal R, a first output terminal (for example, a latch output terminal QL), and a second output terminal (for example, an inverted latch output terminal QLB). The SR latch 13 receives the mismatch detection signal S11 at one of the set input terminal S and the reset input terminal S, and receives an operation clock signal (for example, a clock signal CKS) at the other of the set input terminal S and the reset input terminal R. ) And the internal clock signal CKx is generated based on the mismatch detection circuit S11 and the clock signal CKS. In the first embodiment, the mismatch detection signal S11 is input to the set input terminal S as a set signal. A clock signal CKS is input to the reset input terminal R as a reset signal. As will be described in detail later, the SR latch 13 has a feature that the number of transistors to which the clock signal CKS is input is 2 or less.

そして、内部クロック生成部12は、SRラッチ13のラッチ出力端子QLから内部クロック信号CKxとは反転した論理レベルを有する反転クロック信号CKxBを出力する。また、内部クロック生成部12は、反転クロック信号CKxBをインバータ14で反転して内部クロック信号CKxを出力する。   Then, the internal clock generator 12 outputs an inverted clock signal CKxB having a logic level that is inverted from the internal clock signal CKx from the latch output terminal QL of the SR latch 13. The internal clock generator 12 inverts the inverted clock signal CKxB by the inverter 14 and outputs the internal clock signal CKx.

続いて、実施の形態1にかかるフリップフロップ1の各ブロックの詳細な回路構成について説明する。まず、図3に不一致検出回路11の回路図を示す。図3に示すように、不一致検出回路11は、第1の入力端子In1、第2の入力端子In2、及び、出力端子OUTを有する。そして、第1の入力端子In1には出力データDoが与えられ、第2の入力端子In2には入力データDinが与えられ、出力端子OUTから不一致検出信号S11を出力する。また、不一致検出回路11は、インバータ、PMOSトランジスタP11〜P14、及び、NMOSトランジスタN11〜N14を有する。   Subsequently, a detailed circuit configuration of each block of the flip-flop 1 according to the first embodiment will be described. First, a circuit diagram of the mismatch detection circuit 11 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the mismatch detection circuit 11 has a first input terminal In1, a second input terminal In2, and an output terminal OUT. The output data Do is supplied to the first input terminal In1, the input data Din is supplied to the second input terminal In2, and the mismatch detection signal S11 is output from the output terminal OUT. The mismatch detection circuit 11 includes an inverter, PMOS transistors P11 to P14, and NMOS transistors N11 to N14.

PMOSトランジスタP11のソースは、電源電圧VDDが供給される電源端子に接続される。PMOSトランジスタP11のゲートには、出力データDoをインバータで反転して生成した反転出力データDoBが与えられる。PMOSトランジスタP11のドレインは、PMOSトランジスタP12のソースに接続される。PMOSトランジスタP12のゲートには、入力データDinをインバータで反転して生成した反転入力データDinBが与えられる。PMOSトランジスタP12のドレインは、出力端子OUTに接続される。   The source of the PMOS transistor P11 is connected to a power supply terminal to which the power supply voltage VDD is supplied. The inverted output data DoB generated by inverting the output data Do with an inverter is applied to the gate of the PMOS transistor P11. The drain of the PMOS transistor P11 is connected to the source of the PMOS transistor P12. Inverted input data DinB generated by inverting input data Din with an inverter is applied to the gate of the PMOS transistor P12. The drain of the PMOS transistor P12 is connected to the output terminal OUT.

PMOSトランジスタP13のソースは、電源端子に接続される。PMOSトランジスタP13のゲートには、出力データDoが与えられる。PMOSトランジスタP13のドレインは、PMOSトランジスタP14のソースに接続される。PMOSトランジスタP14のゲートには、入力データDinが与えられる。PMOSトランジスタP14のドレインは、出力端子OUTに接続される。   The source of the PMOS transistor P13 is connected to the power supply terminal. Output data Do is supplied to the gate of the PMOS transistor P13. The drain of the PMOS transistor P13 is connected to the source of the PMOS transistor P14. Input data Din is applied to the gate of the PMOS transistor P14. The drain of the PMOS transistor P14 is connected to the output terminal OUT.

NMOSトランジスタN12のソースは、接地電圧VSSが供給される接地端子に接続される。NMOSトランジスタN12のゲートには、入力データDinが与えられる。NMOSトランジスタN12のドレインは、NMOSトランジスタP11のソースに接続される。NMOSトランジスタN11のゲートには、出力データDoをインバータで反転して生成した反転出力データDoBが与えられる。NMOSトランジスタN11のドレインは、出力端子OUTに接続される。   The source of the NMOS transistor N12 is connected to the ground terminal to which the ground voltage VSS is supplied. Input data Din is applied to the gate of the NMOS transistor N12. The drain of the NMOS transistor N12 is connected to the source of the NMOS transistor P11. The inverted output data DoB generated by inverting the output data Do with an inverter is applied to the gate of the NMOS transistor N11. The drain of the NMOS transistor N11 is connected to the output terminal OUT.

NMOSトランジスタN14のソースは、接地端子に接続される。NMOSトランジスタN14のゲートには、入力データDinをインバータで反転して生成した反転入力データDinBが与えられる。NMOSトランジスタN14のドレインは、NMOSトランジスタN13のソースに接続される。NMOSトランジスタN13のゲートには、出力データDoが与えられる。NMOSトランジスタN13のドレインは、出力端子OUTに接続される。   The source of the NMOS transistor N14 is connected to the ground terminal. Inverted input data DinB generated by inverting input data Din with an inverter is applied to the gate of NMOS transistor N14. The drain of the NMOS transistor N14 is connected to the source of the NMOS transistor N13. Output data Do is supplied to the gate of the NMOS transistor N13. The drain of the NMOS transistor N13 is connected to the output terminal OUT.

上記回路構成により、不一致検出回路11では、排他的論理和回路を構成する。そこで、不一致検出回路11の真理値表を図4に示す。図4に示すように、不一致検出回路11は、第1の入力端子In1に入力される出力データDoと、第2の入力端子In2に入力される入力データDinと、が異なる論理レベルとなったときに、出力端子OUTから出力する不一致検出信号S11をハイレベルとする。一方、不一致検出回路11は、第1の入力端子In1に入力される出力データDoと、第2の入力端子In2に入力される入力データDinと、が同じ論理レベルとなったときに、出力端子OUTから出力する不一致検出信号S11をロウレベルとする。   With the above circuit configuration, the mismatch detection circuit 11 configures an exclusive OR circuit. Therefore, a truth table of the mismatch detection circuit 11 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the mismatch detection circuit 11, the output data Do input to the first input terminal In1 and the input data Din input to the second input terminal In2 have different logic levels. Sometimes, the mismatch detection signal S11 output from the output terminal OUT is set to the high level. On the other hand, the mismatch detection circuit 11 outputs the output terminal when the output data Do input to the first input terminal In1 and the input data Din input to the second input terminal In2 have the same logic level. The mismatch detection signal S11 output from OUT is set to low level.

続いて、SRラッチ13の詳細な回路について説明する。図5にSRラッチ13の詳細な回路図を示す。図5に示すように、SRラッチ13は、第1の反転論理和回路(例えば、反転論理和回路NOR1)及び第2の反転論理和回路(例えば、反転論理和回路NOR2)を有する。SRラッチ13では、反転論理和回路NOR1の第1の入力端子と、反転論理和回路NOR2の第1の入力端子と、の一方に不一致検出信号S11が入力される。また、SRラッチ13は、反転論理和回路NOR1の第1の入力端子と、反転論理和回路NOR2の第1の入力端子と、の他方にクロック信号が入力される。さらに、SRラッチ13では、反転論理和回路NOR1の出力端子と反転論理和回路NOR2の第2の入力端子とが接続され、反転論理和回路NOR2の出力端子と反転論理和回路NOR1の第2の入力端子とが接続される。   Next, a detailed circuit of the SR latch 13 will be described. FIG. 5 shows a detailed circuit diagram of the SR latch 13. As shown in FIG. 5, the SR latch 13 includes a first inverted OR circuit (for example, inverted OR circuit NOR1) and a second inverted OR circuit (for example, inverted OR circuit NOR2). In the SR latch 13, the mismatch detection signal S11 is input to one of the first input terminal of the inverting OR circuit NOR1 and the first input terminal of the inverting OR circuit NOR2. The SR latch 13 receives a clock signal at the other of the first input terminal of the inverting OR circuit NOR1 and the first input terminal of the inverting OR circuit NOR2. Further, in the SR latch 13, the output terminal of the inverting OR circuit NOR1 and the second input terminal of the inverting OR circuit NOR2 are connected, and the output terminal of the inverting OR circuit NOR2 and the second terminal of the inverting OR circuit NOR1 are connected. Input terminal is connected.

より具体的には、反転論理和回路NOR1は、第1の入力端子がセット端子Sに接続され、第2の入力端子が反転論理和回路NOR2の出力端子に接続される。また、反転論理和回路NOR1の出力端子は反転ラッチ出力端子QLBに接続される。反転論理和回路NOR2は、第1の入力端子がリセット端子Rに接続され、第2の入力端子が反転論理和回路NOR1の出力端子に接続される。また、反転論理和回路NOR2の出力端子はラッチ出力端子QLに接続される。このラッチ出力端子QLから出力される信号が反転内部クロック信号CKxBとなる。そして、実施の形態1では、セット端子Sに不一致検出信号S11が入力され、リセット端子Rにクロック信号CKSが入力される。   More specifically, the inverting OR circuit NOR1 has a first input terminal connected to the set terminal S and a second input terminal connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR2. The output terminal of the inverting OR circuit NOR1 is connected to the inverting latch output terminal QLB. The inverting OR circuit NOR2 has a first input terminal connected to the reset terminal R and a second input terminal connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR1. The output terminal of the inverting OR circuit NOR2 is connected to the latch output terminal QL. A signal output from the latch output terminal QL becomes an inverted internal clock signal CKxB. In the first embodiment, the mismatch detection signal S11 is input to the set terminal S, and the clock signal CKS is input to the reset terminal R.

反転論理和回路NOR1は、PMOSトランジスタP15、P16、NMOSトランジスタN15、N16を有する。PMOSトランジスタP15のソースは電源端子に接続される。PMOSトランジスタP15のゲートには、不一致検出信号S11が入力される。PMOSトランジスタP15のドレインは、PMOSトランジスタP16のソースと接続される。PMOSトランジスタP16のゲートは、反転論理和回路NOR2の出力端子と接続される。PMOSトランジスタP16のドレインは、反転ラッチ出力端子QLBと接続される。NMOSトランジスタN15、N16のソースは、接地端子と接続される。NMOSトランジスタN15、N16のドレインは、反転ラッチ出力端子QLBと接続される。NMOSトランジスタN15のゲートには、不一致検出信号S11が入力される。NMOSトランジスタN16のゲートは反転論理和回路NOR2の出力端子と接続される。   The inverting OR circuit NOR1 includes PMOS transistors P15 and P16 and NMOS transistors N15 and N16. The source of the PMOS transistor P15 is connected to the power supply terminal. The mismatch detection signal S11 is input to the gate of the PMOS transistor P15. The drain of the PMOS transistor P15 is connected to the source of the PMOS transistor P16. The gate of the PMOS transistor P16 is connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR2. The drain of the PMOS transistor P16 is connected to the inverting latch output terminal QLB. The sources of the NMOS transistors N15 and N16 are connected to the ground terminal. The drains of the NMOS transistors N15 and N16 are connected to the inverting latch output terminal QLB. The mismatch detection signal S11 is input to the gate of the NMOS transistor N15. The gate of the NMOS transistor N16 is connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR2.

反転論理和回路NOR2は、PMOSトランジスタP17、P18、NMOSトランジスタN17、N18を有する。PMOSトランジスタP17のソースは電源端子に接続される。PMOSトランジスタP17のゲートは、反転論理和回路NOR1の出力端子と接続される。PMOSトランジスタP17のドレインは、PMOSトランジスタP18のソースと接続される。PMOSトランジスタP18のゲートには、クロック信号CKSが入力される。PMOSトランジスタP18のドレインは、ラッチ出力端子QLと接続される。NMOSトランジスタN17、N18のソースは、接地端子と接続される。NMOSトランジスタN17、N18のドレインは、ラッチ出力端子QLと接続される。NMOSトランジスタN17のゲートは、反転論理和回路NOR1の出力端子と接続される。NMOSトランジスタN18のゲートには、クロック信号CKSが入力される。なお、PMOSトランジスタP17、P18が第1のトランジスタ及び第2のトランジスタに相当し、NMOSトランジスタN17、N18が第3のトランジスタ及び第4のトランジスタに相当する。なお、PMOSトランジスタ、及びNMOSトランジスタの説明では、制御端子がゲートであり、第1の端子がソースであり、第2の端子がドレインである。   The inverting OR circuit NOR2 includes PMOS transistors P17 and P18 and NMOS transistors N17 and N18. The source of the PMOS transistor P17 is connected to the power supply terminal. The gate of the PMOS transistor P17 is connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR1. The drain of the PMOS transistor P17 is connected to the source of the PMOS transistor P18. The clock signal CKS is input to the gate of the PMOS transistor P18. The drain of the PMOS transistor P18 is connected to the latch output terminal QL. The sources of the NMOS transistors N17 and N18 are connected to the ground terminal. The drains of the NMOS transistors N17 and N18 are connected to the latch output terminal QL. The gate of the NMOS transistor N17 is connected to the output terminal of the inverting OR circuit NOR1. The clock signal CKS is input to the gate of the NMOS transistor N18. The PMOS transistors P17 and P18 correspond to the first transistor and the second transistor, and the NMOS transistors N17 and N18 correspond to the third transistor and the fourth transistor. In the description of the PMOS transistor and the NMOS transistor, the control terminal is a gate, the first terminal is a source, and the second terminal is a drain.

ここで、SRラッチ13の真理値表を図6に示し、SRラッチ13の動作について説明する。図6に示すように、SRラッチ13は、不一致検出信号S11がロウレベル、かつ、クロック信号CKSがハイレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値をロウレベルとし、反転ラッチ出力端子QLBの出力値をハイレベルとする。SRラッチ13は、不一致検出信号S11がハイレベル、かつ、クロック信号CKSがロウレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値をハイレベルとし、反転ラッチ出力端子QLBの出力値をロウレベルとする。SRラッチ13は、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルである場合、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルとなる前のラッチ出力端子QLの出力値及び反転ラッチ出力端子QLBの出力値の論理レベルを維持する。さらに、SRラッチ13は、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値及び反転ラッチ出力端子QLBの出力値をいずれもロウレベルとする。   Here, the truth table of the SR latch 13 is shown in FIG. 6, and the operation of the SR latch 13 will be described. As shown in FIG. 6, when the mismatch detection signal S11 is low level and the clock signal CKS is high level, the SR latch 13 sets the output value of the latch output terminal QL to low level and the output value of the inverting latch output terminal QLB. Is set to the high level. When the mismatch detection signal S11 is high level and the clock signal CKS is low level, the SR latch 13 sets the output value of the latch output terminal QL to high level and sets the output value of the inverting latch output terminal QLB to low level. When both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at the low level, the SR latch 13 outputs the output value of the latch output terminal QL and the inverted latch output terminal QLB before the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are both at the low level. Maintain the logic level of the output value. Furthermore, the SR latch 13 sets both the output value of the latch output terminal QL and the output value of the inverted latch output terminal QLB to the low level when both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at the high level.

つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、通常、SRラッチの利用形態として禁止或いは条件付きで利用可能とされるラッチ出力端子QL及び反転ラッチ出力端子QLBがいずれもロウレベルとなる入力状態を積極的に利用する。これにより、SRラッチ13は、不一致検出信号S11が入力データDinと出力データDoとが異なる論理レベルである状態(例えば、不一致検出信号S11がハイレベルとなる状態)で、クロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力された場合のみ内部クロック信号CKxをクロック信号CKSのトグルに合わせてトグルさせる。   In other words, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the latch output terminal QL and the inverted latch output terminal QLB, which are normally prohibited or can be used as conditions for use of the SR latch, have an input state in which both are at a low level. Use it actively. As a result, the SR latch 13 causes the rising edge of the clock signal CKS when the mismatch detection signal S11 is at a logic level where the input data Din and the output data Do are different (for example, when the mismatch detection signal S11 is at a high level). Only when is inputted, the internal clock signal CKx is toggled in accordance with the toggle of the clock signal CKS.

続いて、データ保持部15の詳細な回路について説明する。図7にデータ保持部15の詳細な回路図を示す。図7に示すように、このデータ保持部15は、データ入力端子DF、クロック入力端子TCA、反転クロック入力端子TCB、データ出力端子QFを有する。データ入力端子DFには入力データDinが入力され、クロック入力端子TCAには内部クロック信号CKxが入力され、反転クロック入力端子TCBには反転内部クロック信号CKxBが入力される。また、データ出力端子QFからスレーブラッチSLから出力される値を出力する。データ出力端子QFから出力される値により出力データDoの論理レベルが決定される。   Next, a detailed circuit of the data holding unit 15 will be described. FIG. 7 shows a detailed circuit diagram of the data holding unit 15. As shown in FIG. 7, the data holding unit 15 has a data input terminal DF, a clock input terminal TCA, an inverted clock input terminal TCB, and a data output terminal QF. Input data Din is input to the data input terminal DF, an internal clock signal CKx is input to the clock input terminal TCA, and an inverted internal clock signal CKxB is input to the inverted clock input terminal TCB. Further, the value output from the slave latch SL is output from the data output terminal QF. The logic level of the output data Do is determined by the value output from the data output terminal QF.

図7に示すように、データ保持部15は、マスターラッチMA、スレーブラッチSLを有する。マスターラッチMAは、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間はデータ入力端子DFから与えられた入力データDinをスレーブラッチSLに伝達するスルー状態となる。また、マスターラッチMAは、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間は内部クロック信号CKxの立ち上がりエッジが入力された時点でマスターラッチMAに入力されている値を保持するホールド状態となる。スレーブラッチSLは、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間は内部クロック信号CKxの立ち下がりエッジが入力された時点でスレーブラッチSLに入力されている値を保持するホールド状態となる。また、スレーブラッチSLは、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間はマスターラッチMAから与えられた値を出力するスルー状態となる。つまり、マスターラッチMAは、内部クロック信号CKxの立ち上がりエッジが入力された時点で入力されている値を保持するラッチ回路であり、スレーブラッチSLは、内部クロック信号CKxの立ち下がりエッジが入力された時点で入力されている値を保持するラッチ回路である。言い換えると、マスターラッチMAは、内部クロック信号に含まれる第1の内部クロック信号CKxに応じて被保持データを保持する。また、スレーブラッチSLは、内部クロック信号に含まれ、第1の内部クロック信号とは反転した論理レベルの第2のクロック信号CKxBに応じてマスターラッチMAの出力値を保持する。   As shown in FIG. 7, the data holding unit 15 includes a master latch MA and a slave latch SL. The master latch MA is in a through state in which the input data Din supplied from the data input terminal DF is transmitted to the slave latch SL while the internal clock signal CKx is at the low level. The master latch MA is in a hold state in which the value input to the master latch MA is held when the rising edge of the internal clock signal CKx is input while the internal clock signal CKx is at a high level. The slave latch SL is in a hold state in which the value input to the slave latch SL is held when the falling edge of the internal clock signal CKx is input while the internal clock signal CKx is at the low level. The slave latch SL is in a through state in which the value given from the master latch MA is output while the internal clock signal CKx is at a high level. That is, the master latch MA is a latch circuit that holds the value that is input when the rising edge of the internal clock signal CKx is input, and the slave latch SL is the input of the falling edge of the internal clock signal CKx. This is a latch circuit that holds a value input at the time. In other words, the master latch MA holds the held data in accordance with the first internal clock signal CKx included in the internal clock signal. The slave latch SL holds the output value of the master latch MA according to the second clock signal CKxB that is included in the internal clock signal and has a logic level that is inverted from that of the first internal clock signal.

マスターラッチMAは、インバータINV1〜INV3、トランスファースイッチTSWa1、及び、トランスファースイッチTSWb1を有する。インバータINV1は、入力データDinを反転してトランスファースイッチTSWb1に伝達する。トランスファースイッチTSWb1は、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間に導通状態となり、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間に遮断状態となるスイッチ回路である。インバータINV2は、トランスファースイッチTSWb1を介して入力される入力データDinの反転信号をさらに反転してスレーブラッチSLに伝達する。インバータINV3は、インバータINV2の出力値をさらに反転してインバータINV2の入力に戻す。トランスファースイッチTSWa1は、インバータINV3の出力端子と、インバータINV2の入力端子とトランスファースイッチTSWb1とを接続する配線と、の間に設けられる。トランスファースイッチTSWa1は、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間に導通状態となり、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間に遮断状態となるスイッチ回路である。つまり、トランスファースイッチTSWa1とトランスファースイッチTSWb1とは互いに排他的に導通状態となる。   The master latch MA includes inverters INV1 to INV3, a transfer switch TSWa1, and a transfer switch TSWb1. The inverter INV1 inverts the input data Din and transmits it to the transfer switch TSWb1. The transfer switch TSWb1 is a switch circuit that becomes conductive when the internal clock signal CKx is at a low level and is cut off when the internal clock signal CKx is at a high level. The inverter INV2 further inverts the inverted signal of the input data Din input via the transfer switch TSWb1 and transmits the inverted signal to the slave latch SL. The inverter INV3 further inverts the output value of the inverter INV2 and returns it to the input of the inverter INV2. The transfer switch TSWa1 is provided between the output terminal of the inverter INV3 and the wiring connecting the input terminal of the inverter INV2 and the transfer switch TSWb1. The transfer switch TSWa1 is a switch circuit that is turned on when the internal clock signal CKx is at a high level and is cut off when the internal clock signal CKx is at a low level. That is, the transfer switch TSWa1 and the transfer switch TSWb1 are in a conductive state exclusively with each other.

なお、トランスファースイッチTSWb1は、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートは、反転クロック入力端子TCBに接続され、反転内部クロック信号CKxBが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートは、クロック入力端子TCAに接続され、内部クロック信号CKxが与えられる。   The transfer switch TSWb1 includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The gate of the NMOS transistor MN is connected to the inverted clock input terminal TCB and is supplied with the inverted internal clock signal CKxB. The gate of the PMOS transistor MP is connected to the clock input terminal TCA and is supplied with the internal clock signal CKx.

また、トランスファースイッチTSWa1は、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートは、クロック入力端子TCAに接続され、内部クロック信号CKxが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートは、反転クロック入力端子TCBに接続され、反転内部クロック信号CKxBが与えられる。   The transfer switch TSWa1 includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The gate of the NMOS transistor MN is connected to the clock input terminal TCA and is supplied with the internal clock signal CKx. The gate of the PMOS transistor MP is connected to the inverted clock input terminal TCB and is supplied with the inverted internal clock signal CKxB.

スレーブラッチSLは、インバータINV4〜INV6、トランスファースイッチTSWa2、及び、トランスファースイッチTSWb2を有する。トランスファースイッチTSWa2は、マスターラッチMAの出力値をインバータINV4に伝達する。トランスファースイッチTSWa2は、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間に導通状態となり、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間に遮断状態となるスイッチ回路である。インバータINV4は、トランスファースイッチTSWa2を介して入力されるマスターラッチMAの出力値を反転してインバータINV6に伝達する。インバータINV5は、インバータINV4の出力値をさらに反転してインバータINV4の入力に戻す。トランスファースイッチTSWb2は、インバータINV5の出力端子と、インバータINV4の入力端子とトランスファースイッチTSWa2とを接続する配線と、の間に設けられる。トランスファースイッチTSWb2は、内部クロック信号CKxがロウレベルである期間に導通状態となり、内部クロック信号CKxがハイレベルである期間に遮断状態となるスイッチ回路である。つまり、トランスファースイッチTSWa2とトランスファースイッチTSWb2とは互いに排他的に導通状態となる。インバータINV6は、インバータINV4の出力値を反転してデータ出力端子QFに伝達する。   The slave latch SL includes inverters INV4 to INV6, a transfer switch TSWa2, and a transfer switch TSWb2. The transfer switch TSWa2 transmits the output value of the master latch MA to the inverter INV4. The transfer switch TSWa2 is a switch circuit that is turned on when the internal clock signal CKx is at a high level and is cut off when the internal clock signal CKx is at a low level. The inverter INV4 inverts the output value of the master latch MA input via the transfer switch TSWa2 and transmits it to the inverter INV6. The inverter INV5 further inverts the output value of the inverter INV4 and returns it to the input of the inverter INV4. The transfer switch TSWb2 is provided between the output terminal of the inverter INV5 and the wiring connecting the input terminal of the inverter INV4 and the transfer switch TSWa2. The transfer switch TSWb2 is a switch circuit that is turned on when the internal clock signal CKx is at a low level and is cut off when the internal clock signal CKx is at a high level. That is, the transfer switch TSWa2 and the transfer switch TSWb2 are in a conductive state exclusively with each other. The inverter INV6 inverts the output value of the inverter INV4 and transmits it to the data output terminal QF.

なお、トランスファースイッチTSWa2は、トランスファースイッチTSWa1と同じ回路構成を有し、トランスファースイッチTSWb2は、トランスファースイッチTSWb1と同じ回路構成を有するものである。   The transfer switch TSWa2 has the same circuit configuration as that of the transfer switch TSWa1, and the transfer switch TSWb2 has the same circuit configuration as that of the transfer switch TSWb1.

次いで、実施の形態1にかかるフリップフロップ1の動作について説明する。そこで、図8にフリップフロップ1の動作を示すタイミングチャートを示す。まず、図8の期間TM1について説明する。期間TM1では、クロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されるタイミングT1の前に入力データDinの論理レベルがロウレベルからハイレベルに遷移する。そのため、期間TM1では、入力データDinの論理レベルの切り替わりに伴い、不一致検出回路11が不一致検出信号S11をハイレベルとする。また、不一致検出信号S11がハイレベルとなったことに応じて、SRラッチ13が内部クロック信号CKxをロウレベルとする。このとき、マスターラッチMAがホールド状態からスルー状態となり、スレーブラッチSLがスルー状態からホールド状態となる。つまり、マスターラッチMAは、入力データDinに応じて論理レベルがハイレベルとなる信号をスレーブラッチSLに伝達し、スレーブラッチSLは入力データDinがハイレベルとなる前の期間にマスターラッチMAから与えられていた信号の論理レベル(つまり、ロウレベル)を保持する。   Next, the operation of the flip-flop 1 according to the first embodiment will be described. FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the flip-flop 1. First, the period TM1 in FIG. 8 will be described. In the period TM1, the logic level of the input data Din changes from the low level to the high level before the timing T1 when the rising edge of the clock signal CKS is input. Therefore, in the period TM1, the mismatch detection circuit 11 sets the mismatch detection signal S11 to the high level as the logic level of the input data Din is switched. Further, in response to the mismatch detection signal S11 becoming high level, the SR latch 13 sets the internal clock signal CKx to low level. At this time, the master latch MA changes from the hold state to the through state, and the slave latch SL changes from the through state to the hold state. That is, the master latch MA transmits a signal whose logic level is high in accordance with the input data Din to the slave latch SL, and the slave latch SL is supplied from the master latch MA during a period before the input data Din is high. The logic level (that is, low level) of the received signal is held.

そして、タイミングT1においてクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されると、SRラッチ13は内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルに遷移させる。この内部クロック信号CKxの立ち上がりエッジに応じて、データ保持部15のマスターラッチMAは、スルー状態からホールド状態となり、入力データDinの値を保持する状態となる。また、内部クロック信号CKxの立ち上がりエッジに応じて、データ保持部15のスレーブラッチSLは、ホールド状態からスルー状態となり、マスターラッチMAが出力している入力データDinの値をデータ出力端子QFから出力する。これにより、出力データDoの値が入力データDinの値と一致した状態になるため、不一致検出信号S11はロウレベルとなる。   When the rising edge of the clock signal CKS is input at timing T1, the SR latch 13 changes the internal clock signal CKx from the low level to the high level. In response to the rising edge of the internal clock signal CKx, the master latch MA of the data holding unit 15 changes from the through state to the hold state, and holds the value of the input data Din. In response to the rising edge of the internal clock signal CKx, the slave latch SL of the data holding unit 15 changes from the hold state to the through state, and the value of the input data Din output from the master latch MA is output from the data output terminal QF. To do. As a result, the value of the output data Do matches the value of the input data Din, so that the mismatch detection signal S11 is at a low level.

続いて、入力データDinの論理レベルが変化しない状態でクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力される期間TM2における実施の形態1にかかるフリップフロップ1の動作について説明する。期間TM2では、入力データDinの論理レベルが維持される。そのため、不一致検出回路11は、不一致検出信号S11をロウレベルで維持する。これにより、SRラッチ13のセット端子Sに入力される不一致検出信号S11がロウレベルで維持されるため、クロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されても、SRラッチ13は、内部クロック信号CKxの論理レベルを維持する。従って、マスターラッチMAはホールド状態を維持し、かつ、スレーブラッチSLはスルー状態を維持する。つまり、出力データDoの論理レベルは、クロック信号CKSの立ち上がりエッジがタイミングT2で入力されても変化しない。このように、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、入力データDinに論理レベルの変化がなければ、クロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されても内部クロック信号CKxをトグルしない。   Next, the operation of the flip-flop 1 according to the first embodiment in the period TM2 in which the rising edge of the clock signal CKS is input while the logic level of the input data Din is not changed will be described. In the period TM2, the logic level of the input data Din is maintained. Therefore, the mismatch detection circuit 11 maintains the mismatch detection signal S11 at the low level. As a result, the mismatch detection signal S11 input to the set terminal S of the SR latch 13 is maintained at a low level. Therefore, even if the rising edge of the clock signal CKS is input, the SR latch 13 can maintain the logic level of the internal clock signal CKx. To maintain. Therefore, the master latch MA maintains the hold state, and the slave latch SL maintains the through state. That is, the logic level of the output data Do does not change even when the rising edge of the clock signal CKS is input at the timing T2. As described above, the flip-flop 1 according to the first embodiment does not toggle the internal clock signal CKx even if the rising edge of the clock signal CKS is input unless the input data Din has a logic level change.

続いて、入力データDinにハザードが発生した期間TM3における実施の形態1にかかるフリップフロップ1の動作について説明する。期間TM3では、タイミングT3でクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されるが、タイミングT3の前後の期間に入力データDinにハザードが発生する。   Next, the operation of the flip-flop 1 according to the first embodiment in the period TM3 in which the hazard has occurred in the input data Din will be described. In the period TM3, the rising edge of the clock signal CKS is input at the timing T3, but a hazard occurs in the input data Din in the period before and after the timing T3.

このハザードが発生した場合、ハザード発生期間中において入力データDinと出力データDoとの論理レベルが異なるレベルとなるため、ハザード発生期間中は、不一致検出回路11が出力する不一致検出信号S11がハイレベルとなる。そして、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生するとSRラッチ13のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがロウレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S11がハイレベルとなる。したがって、クロック信号CKSがロウレベルである期間中にハザードが発生すると、SRラッチ13は内部クロック信号CKxをロウレベルとする。一方、クロック信号CKSがハイレベルである期間にハザードが発生するとSRラッチ13のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがハイレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S11がハイレベルとなるため、SRラッチ13は内部クロック信号CKxの論理レベルをハイレベルで維持する。   When this hazard occurs, the logic levels of the input data Din and the output data Do are different during the hazard occurrence period. Therefore, during the hazard occurrence period, the mismatch detection signal S11 output from the mismatch detection circuit 11 is at the high level. It becomes. If a hazard occurs while the clock signal CKS is at a low level, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 13 becomes a low level, and the mismatch detection signal S11 input to the set terminal S becomes a high level. Therefore, if a hazard occurs during the period when the clock signal CKS is at low level, the SR latch 13 sets the internal clock signal CKx to low level. On the other hand, if a hazard occurs while the clock signal CKS is at high level, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 13 becomes high level, and the mismatch detection signal S11 input to the set terminal S becomes high level. Therefore, the SR latch 13 maintains the logic level of the internal clock signal CKx at a high level.

また、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生した場合、内部クロック信号CKxがハイレベルからロウレベルに切り替わるため、マスターラッチMAはホールド状態からスルー状態となり、スレーブラッチSLはスルー状態からホールド状態となる。そのため、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生した場合、マスターラッチMAは入力データDinの値をスレーブラッチSLに伝達する状態となり、スレーブラッチSLはハザード発生前にマスターラッチMAで保持されていた値を保持する状態となる。そのため、ハザードが発生しても、フリップフロップ1は、出力データDoの論理レベルを維持する。   If a hazard occurs while the clock signal CKS is at the low level, the internal clock signal CKx is switched from the high level to the low level, so that the master latch MA is changed from the hold state to the through state, and the slave latch SL is changed from the through state to the hold state. It becomes. Therefore, when a hazard occurs while the clock signal CKS is at a low level, the master latch MA is in a state of transmitting the value of the input data Din to the slave latch SL, and the slave latch SL is held by the master latch MA before the hazard occurs. It will be in the state which holds the value which had been. Therefore, even if a hazard occurs, the flip-flop 1 maintains the logic level of the output data Do.

そして、図8に示した例では、ハザードが収束した後のタイミングT3でクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力される。このタイミングT3では、入力データDinはハイレベルとなっているため、不一致検出信号S11はロウレベルとなっている。そのため、タイミングT3では、SRラッチ13のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがハイレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S11がロウレベルとなるため、SRラッチ13は内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルとする。また、内部クロック信号CKxがハイレベルとなったことに応じて、マスターラッチMAはスルー状態からホールド状態となり、スレーブラッチSLはホールド状態からスルー状態となる。このタイミングT3では、入力データDinがハザード発生前の状態であるため、マスターラッチMAはハザード発生前と同じ論理レベルの信号をスレーブラッチSLに出力する。また、タイミングT3でスレーブラッチSLに伝達されている値はハザード発生前と同じであるためスレーブラッチSLはスルー状態となっても、ハザード発生前と同じ値をデータ出力端子QFに出力する。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、ハザード発生期間中にクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されなければ、ハザードの発生に起因して出力データDoの値が変化することはない。   In the example shown in FIG. 8, the rising edge of the clock signal CKS is input at timing T3 after the hazard has converged. At this timing T3, since the input data Din is at a high level, the mismatch detection signal S11 is at a low level. Therefore, at timing T3, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 13 becomes high level, and the mismatch detection signal S11 input to the set terminal S becomes low level, so that the SR latch 13 receives the internal clock signal CKx. From low level to high level. Further, in response to the internal clock signal CKx becoming high level, the master latch MA changes from the through state to the hold state, and the slave latch SL changes from the hold state to the through state. At this timing T3, since the input data Din is in a state before the occurrence of the hazard, the master latch MA outputs a signal having the same logic level as that before the occurrence of the hazard to the slave latch SL. Further, since the value transmitted to the slave latch SL at the timing T3 is the same as before the occurrence of the hazard, even if the slave latch SL enters the through state, the same value as before the occurrence of the hazard is output to the data output terminal QF. That is, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the value of the output data Do does not change due to the occurrence of a hazard unless the rising edge of the clock signal CKS is input during the hazard occurrence period.

上記したように、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、入力データDinに論理レベルが変化しない場合にはクロック信号CKSの立ち上がりエッジに基づく内部クロック信号CKxのトグルを防止する。これにより、実施の形態1にかかるフリップフロップ1はデータ保持部15の内部回路の動作を抑制して消費電力を削減する。また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、入力データDinにハザードが発生した場合においても出力データDinを当該ハザードに対して反応させずに安定した動作を維持することができる。さらに、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、動作の安定性を高めることができる。そこで、動作の安定性に関する効果について以下でさらに詳細に説明する。   As described above, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, when the logic level does not change in the input data Din, the internal clock signal CKx is prevented from being toggled based on the rising edge of the clock signal CKS. Thereby, the flip-flop 1 according to the first embodiment suppresses the operation of the internal circuit of the data holding unit 15 and reduces power consumption. Further, the flip-flop 1 according to the first embodiment can maintain a stable operation without causing the output data Din to react to the hazard even when a hazard occurs in the input data Din. Furthermore, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the operation stability can be improved. Therefore, the effect relating to the stability of the operation will be described in more detail below.

そこで、非特許文献1に記載されたフリップフロップ100(以下、従来のフリップフロップ100と称す。)の回路図を図9に示す。図9に示すように、従来のフリップフロップ100は、ゲーティング回路101、データ保持部FF01、排他的反転論理和回路102を有する。従来のフリップフロップ100では、排他的反転論理和回路102により、入力データDATAと出力データQとが一致状態であるか、不一致状態であるかを示す比較信号COMPを出力する。また、ゲーティング回路101は、比較信号COMPが不一致状態を示す場合に動作クロックCLKに応じて論理レベルが変化するゲーティングクロック信号CKgを出力する。そして、従来のフリップフロップ100は、ゲーティングクロック信号CKgに応じて入力データDATAを保持する。   Therefore, FIG. 9 shows a circuit diagram of the flip-flop 100 described in Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as a conventional flip-flop 100). As shown in FIG. 9, the conventional flip-flop 100 includes a gating circuit 101, a data holding unit FF01, and an exclusive inversion OR circuit 102. In the conventional flip-flop 100, the exclusive inverting OR circuit 102 outputs a comparison signal COMP indicating whether the input data DATA and the output data Q are in a coincidence state or a disagreement state. The gating circuit 101 outputs a gating clock signal CKg whose logic level changes according to the operation clock CLK when the comparison signal COMP indicates a mismatch state. The conventional flip-flop 100 holds the input data DATA according to the gating clock signal CKg.

また、従来のフリップフロップ100は、ゲーティング回路101をPMOSトランジスタP101、P012、NMOSトランジスタN101、インバータINV01、INV02を有する。PMOSトランジスタP101は、ソースが電源端子に接続され、ゲートに動作クロックCLKが与えられる。PMOSトランジスタP102は、ソースがPMOSトランジスタP101のドレインと接続され、ゲートに比較信号COMPが入力される。NMOSトランジスタN101は、ソースが接地端子に接続され、ドレインがPMOSトランジスタP102のドレインと接続される。そして、NMOSトランジスタN101のドレインとPMOSトランジスタP102のドレインとが接続される配線からは、ゲーティングクロック信号CKgとは反転関係を有する反転ゲーティングクロック信号CKgBが出力される。   Further, the conventional flip-flop 100 includes a gating circuit 101 including PMOS transistors P101 and P012, an NMOS transistor N101, and inverters INV01 and INV02. The source of the PMOS transistor P101 is connected to the power supply terminal, and the operation clock CLK is supplied to the gate. The source of the PMOS transistor P102 is connected to the drain of the PMOS transistor P101, and the comparison signal COMP is input to the gate. The NMOS transistor N101 has a source connected to the ground terminal and a drain connected to the drain of the PMOS transistor P102. An inverted gating clock signal CKgB having an inversion relationship with the gating clock signal CKg is output from the wiring connecting the drain of the NMOS transistor N101 and the drain of the PMOS transistor P102.

インバータINV01は、反転ゲーティングクロック信号CKgBが入力され、ゲーティングクロック信号CKgを出力する。インバータINV02は、入力がインバータINV01の出力に接続され、出力がインバータINV01の入力に接続される。また、図9では、インバータINV02については、トランジスタレベルの回路を示した、図9に示すように、インバータINV02は、PMOSトランジスタP103及びNMOSトランジスタN102を有する。PMOSトランジスタP103は、ソースが電源端子に接続され、ゲートがインバータINV02の入力となる。NMOSトランジスタN102のソースは接地端子に接続され、ゲートがインバータINV02の入力となる。PMOSトランジスタP103のドレインとNMOSトランジスタN102のドレインとが接続される。PMOSトランジスタP103のドレインとNMOSトランジスタN102のドレインとの接続点はインバータINV02の出力となる。   The inverter INV01 receives the inverted gating clock signal CKgB and outputs the gating clock signal CKg. The inverter INV02 has an input connected to the output of the inverter INV01 and an output connected to the input of the inverter INV01. 9 shows a transistor level circuit for the inverter INV02. As shown in FIG. 9, the inverter INV02 includes a PMOS transistor P103 and an NMOS transistor N102. The source of the PMOS transistor P103 is connected to the power supply terminal, and the gate is the input of the inverter INV02. The source of the NMOS transistor N102 is connected to the ground terminal, and the gate is an input of the inverter INV02. The drain of the PMOS transistor P103 and the drain of the NMOS transistor N102 are connected. The connection point between the drain of the PMOS transistor P103 and the drain of the NMOS transistor N102 is the output of the inverter INV02.

この従来のフリップフロップ100は、基本的動作が実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同じになるものの、動作クロックCLKがロウレベルの期間に比較信号COMPが一致状態(例えば、ハイレベル)から不一致状態(例えば、ロウレベル)に遷移するときに回路の状態が不安定になる。一方、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、動作クロックCLKがロウレベルの期間に比較信号COMPが一致状態(例えば、ハイレベル)から不一致状態(例えば、ロウレベル)に遷移する場合であっても回路を安定した状態で動作させることができる。そこで、以下では、従来のフリップフロップ100と実施の形態1にかかるフリップフロップ1の動作を比較して、回路動作の安定性について説明する。   This conventional flip-flop 100 has the same basic operation as that of the flip-flop 1 according to the first embodiment, but the comparison signal COMP is in a non-coincidence state from the coincidence state (for example, high level) during the period when the operation clock CLK is low level. The circuit state becomes unstable when transitioning to (for example, low level). On the other hand, the flip-flop 1 according to the first embodiment is a circuit even when the comparison signal COMP changes from a coincidence state (for example, high level) to a disagreement state (for example, low level) while the operation clock CLK is at a low level. Can be operated in a stable state. Therefore, in the following, the operation of the conventional flip-flop 100 and the operation of the flip-flop 1 according to the first embodiment are compared, and the stability of the circuit operation will be described.

まず、図10に従来のフリップフロップ100において、比較信号が一致状態のときに動作クロックCLKがハイレベルからロウレベルに遷移してゲーティング回路101が安定状態となったときゲーティング回路101の回路図を示す。図10に示すように、ゲーティング回路101は、比較信号COMPがハイレベルである場合、PMOSトランジスタP102がオフ状態となる。そして、クロック信号CLKがロウレベルとなることで、PMOSトランジスタP101がオン状態となり、NMOSトランジスタN101がオフ状態となる。また、ゲーティング回路101では、クロック信号CLKがハイレベルである期間に反転ゲーティングクロック信号CKgBをロウレベルとなり、インバータINV02のNMOSトランジスタN102がオン状態となる。そのため、ゲーティング回路101では、図10に示した状態では、クロック信号CLKがハイレベルからロウレベルに切り替わってもゲーティングクロック信号CKgをハイレベルで維持する。   First, in the conventional flip-flop 100 shown in FIG. 10, when the operation clock CLK changes from the high level to the low level when the comparison signal is coincident, and the gating circuit 101 becomes stable, the circuit diagram of the gating circuit 101. Indicates. As shown in FIG. 10, in the gating circuit 101, when the comparison signal COMP is at a high level, the PMOS transistor P102 is turned off. Then, when the clock signal CLK becomes low level, the PMOS transistor P101 is turned on and the NMOS transistor N101 is turned off. In the gating circuit 101, the inverted gating clock signal CKgB is set to the low level during the period in which the clock signal CLK is at the high level, and the NMOS transistor N102 of the inverter INV02 is turned on. Therefore, in the state shown in FIG. 10, the gating circuit 101 maintains the gating clock signal CKg at the high level even when the clock signal CLK is switched from the high level to the low level.

続いて、図11に従来のフリップフロップ100において、クロック信号CLKがロウレベルの期間に比較信号COMPがハイレベル(例えば、一致状態)からロウレベル(不一致状態)に遷移するタイミングのゲーティング回路101の回路図を示す。図11に示すように、比較信号COMPがハイレベルからロウレベルに遷移するタイミングでは、まず、PMOSトランジスタP102がオン状態となる。このとき、反転ゲーティングクロック信号CKgBは、ロウレベルからハイレベルに遷移するが、インバータINV01の出力及びインバータINV02の出力の反転が完了するまでの間、PMOSトランジスタP101、P102及びNMOSトランジスタN102が導通状態となる。そのため、インバータINV01、INV02の出力の反転が完了するまでの期間に、PMOSトランジスタP101、P102及びNMOSトランジスタN102を介して貫通電流Itranが流れる。   Subsequently, in the conventional flip-flop 100 shown in FIG. 11, the circuit of the gating circuit 101 at a timing at which the comparison signal COMP transitions from a high level (for example, a coincidence state) to a low level (a disagreement state) while the clock signal CLK is at a low level. The figure is shown. As shown in FIG. 11, at the timing when the comparison signal COMP transitions from the high level to the low level, first, the PMOS transistor P102 is turned on. At this time, the inverted gating clock signal CKgB transits from the low level to the high level, but the PMOS transistors P101 and P102 and the NMOS transistor N102 are in the conductive state until the inversion of the output of the inverter INV01 and the output of the inverter INV02 is completed. It becomes. Therefore, a through current Itran flows through the PMOS transistors P101 and P102 and the NMOS transistor N102 until the inversion of the outputs of the inverters INV01 and INV02 is completed.

続いて、図12に従来のフリップフロップ100において、クロック信号CLKがロウレベルの期間に比較信号COMPがハイレベル(例えば、一致状態)からロウレベル(不一致状態)に遷移して安定状態となったときのゲーティング回路101の回路図を示す。図12に示す状態では、ゲーティング回路101は、比較信号COMP及びクロック信号CLKの論理レベルに応じて、PMOSトランジスタP101、P102がオン状態となり、NMOSトランジスタN101、N102がオフ状態となる。これにより、ゲーティング回路101は、反転ゲーティングクロック信号CKgがハイレベルかつゲーティングクロック信号CKgがロウレベルとなる。   Subsequently, in the conventional flip-flop 100 shown in FIG. 12, when the comparison signal COMP transitions from the high level (for example, the coincidence state) to the low level (the disagreement state) during the period in which the clock signal CLK is at the low level, A circuit diagram of the gating circuit 101 is shown. In the state shown in FIG. 12, in the gating circuit 101, the PMOS transistors P101 and P102 are turned on and the NMOS transistors N101 and N102 are turned off according to the logic levels of the comparison signal COMP and the clock signal CLK. As a result, in the gating circuit 101, the inverted gating clock signal CKg becomes high level and the gating clock signal CKg becomes low level.

上記したように、ゲーティング回路101では、クロック信号CLKがロウレベルである期間に比較信号COMPがハイレベルからロウレベルに遷移すると、当該遷移タイミングで貫通電流Itranが流れる。そのため、NMOSトランジスタN102の動作電流Ionnに対してPMOSトランジスタP101、P102の動作電流Ionpが製造ばらつき等の影響で小さくなると、反転ゲーティングクロック信号CKgBがハイレベルに遷移することができずにゲーティングクロック信号CKgの論理レベルを切り替えることが出来ない問題が生じる。一方、実施の形態1にかかるフリップフロップ1のクロック制御回路10においては、反転論理和回路を用いてSRラッチ13を構成したことで、貫通電流Itranに関する問題は生じない。   As described above, in the gating circuit 101, when the comparison signal COMP changes from the high level to the low level during the period in which the clock signal CLK is at the low level, the through current Itran flows at the transition timing. Therefore, if the operating current Ionp of the PMOS transistors P101 and P102 becomes smaller than the operating current Ionn of the NMOS transistor N102 due to manufacturing variations or the like, the inverted gating clock signal CKgB cannot transition to the high level and cannot be gated. There arises a problem that the logic level of the clock signal CKg cannot be switched. On the other hand, in the clock control circuit 10 of the flip-flop 1 according to the first embodiment, since the SR latch 13 is configured using an inverting OR circuit, there is no problem with the through current Itran.

そこで、図13に、図10に示した状態と同じ状態(つまり、不一致検出信号S11がロウレベルのときにクロック信号CKSがロウレベルとなった後の安定状態)の実施の形態1にかかるSRラッチ13の回路図を示す。図13に示すように、この状態では、SRラッチ13は、反転論理和回路NOR2のNMOSトランジスタN17がオン状態となることで、反転内部クロック信号CKxBをロウレベルとする。また、SRラッチ13では、不一致検出信号S11がロウレベル、かつ、反転内部クロック信号CKxBがロウレベルであるため、PMOSトランジスタP15、P16が導通状態となり、反転ラッチ出力端子QLBの信号レベルをハイレベルとする。このとき、NMOSトランジスタN15、N16がオフ状態となるため、反転論理和回路NOR1において貫通電流は流れない。また、反転ラッチ出力端子QLBの信号レベルがハイレベルとなり、かつ、クロック信号CKSがロウレベルであるため、反転論理和回路NOR2のPMOSトランジスタP17及びNMOSトランジスタN18がオフ状態となる。つまり、反転論理和回路NOR2において貫通電流は流れない。   Therefore, FIG. 13 shows the SR latch 13 according to the first embodiment in the same state as that shown in FIG. 10 (that is, the stable state after the clock signal CKS becomes low level when the mismatch detection signal S11 is low level). The circuit diagram of is shown. As shown in FIG. 13, in this state, the SR latch 13 sets the inverted internal clock signal CKxB to the low level by turning on the NMOS transistor N17 of the inverted OR circuit NOR2. In the SR latch 13, since the mismatch detection signal S11 is at low level and the inverted internal clock signal CKxB is at low level, the PMOS transistors P15 and P16 are turned on and the signal level of the inverted latch output terminal QLB is set to high level. . At this time, since the NMOS transistors N15 and N16 are turned off, no through current flows in the inverting OR circuit NOR1. Further, since the signal level of the inverting latch output terminal QLB is high and the clock signal CKS is low, the PMOS transistor P17 and the NMOS transistor N18 of the inverting OR circuit NOR2 are turned off. That is, no through current flows in the inverting OR circuit NOR2.

続いて、図14に、図11に示した状態と同じ状態(つまり、クロック信号CKSがロウレベルである期間に不一致検出信号S11がロウレベルからハイレベルに遷移するタイミング)の実施の形態1にかかるSRラッチ13の回路図を示す。図14に示すように、この状態では、SRラッチ13は、反転論理和回路NOR1のPMOSトランジスタP15がオン状態からオフ状態に遷移すると共に、NMOSトランジスタN15がオフ状態からオン状態に遷移する。これにより、反転ラッチ出力端子の信号レベルがハイレベルからロウレベルに遷移する。また、反転ラッチ出力端子の信号レベルがハイレベルからロウレベルに遷移したことに応じて反転論理和回路NOR2のPMOSトランジスタP17がオフ状態からオン状態に遷移すると共に、NMOSトランジスタN17がオン状態からオフ状態となる。これにより、反転内部クロック信号CKxBはロウレベルからハイレベルに遷移する。このとき、SRラッチ13では、PMOSトランジスタP15及びNMOSトランジスタN15が同時に状態を遷移させ、かつ、PMOSトランジスタP17及びNMOSトランジスタN17が同時に状態を遷移させるため、電源端子から接地端子に向かって流れる貫通電流は発生しない。   Next, FIG. 14 shows the SR according to the first embodiment in the same state as that shown in FIG. 11 (that is, the timing at which the mismatch detection signal S11 transits from the low level to the high level during the period in which the clock signal CKS is at the low level). A circuit diagram of the latch 13 is shown. As shown in FIG. 14, in this state, in the SR latch 13, the PMOS transistor P15 of the inverting OR circuit NOR1 transitions from the on state to the off state, and the NMOS transistor N15 transitions from the off state to the on state. As a result, the signal level of the inverting latch output terminal changes from the high level to the low level. Further, the PMOS transistor P17 of the inverting OR circuit NOR2 changes from the off state to the on state in response to the signal level of the inverting latch output terminal changing from the high level to the low level, and the NMOS transistor N17 changes from the on state to the off state. It becomes. As a result, the inverted internal clock signal CKxB transitions from the low level to the high level. At this time, in the SR latch 13, since the PMOS transistor P15 and the NMOS transistor N15 simultaneously change states, and the PMOS transistor P17 and the NMOS transistor N17 simultaneously change states, the through current flowing from the power supply terminal toward the ground terminal Does not occur.

続いて、図15に、図12に示した状態と同じ状態(つまり、クロック信号CKSがロウレベルである期間に不一致検出信号S11がロウレベルからハイレベルに遷移した後の安定状態)の実施の形態1にかかるSRラッチ13の回路図を示す。図15に示すように、この状態では、反転内部クロック信号CKxBはハイレベルとなるため、図14に示した状態から、PMOSトランジスタP16及びNMOSトランジスタN16の状態が変化する。具体的には、反転論理和回路NOR1のPMOSトランジスタP16がオフ状態となり、NMOSトランジスタN16がオン状態となる。図15に示すように、この状態においてもSRラッチ13では、電源端子と接地端子との間がオン状態のトランジスタにより接続されることはないため貫通電流は流れない。   Next, FIG. 15 shows the same state as that shown in FIG. 12 (that is, the stable state after the mismatch detection signal S11 transits from the low level to the high level during the period in which the clock signal CKS is at the low level). The circuit diagram of SR latch 13 concerning is shown. As shown in FIG. 15, in this state, since the inverted internal clock signal CKxB is at a high level, the states of the PMOS transistor P16 and the NMOS transistor N16 change from the state shown in FIG. Specifically, the PMOS transistor P16 of the inverting OR circuit NOR1 is turned off and the NMOS transistor N16 is turned on. As shown in FIG. 15, even in this state, in the SR latch 13, the power supply terminal and the ground terminal are not connected by the on-state transistor, so that no through current flows.

上記説明より、従来のフリップフロップ100では、クロック信号がロウレベルである期間に入力データと出力データとが一致状態から不一致状態となると、貫通電流Itranがながれ、当該貫通電流Itranに起因して回路の状態が不安定になる可能性がある。しかしながら、実施の形態1にかかるフリップフロップ100では、クロック信号がロウレベルである期間に入力データと出力データとが一致状態から不一致状態となっても、電源端子と接地端子との間がオン状態のトランジスタにより接続されることはないため貫通電流は流れない。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、トランジスタのオン電流にばらつきが生じた場合においても安定した動作を維持することができる。また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、トランジスタのオン電流のばらつきに対して高い耐性を有することで、電源電圧を低く設定することができる。そこで、従来のフリップフロップ100と、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と、の電源電圧に対する動作フリップフロップの割合の変化を示すグラフを図16に示す。   From the above description, in the conventional flip-flop 100, when the input data and the output data change from the coincidence state to the disagreement state during the period when the clock signal is at the low level, the through current Itran flows and the circuit causes The condition may become unstable. However, in the flip-flop 100 according to the first embodiment, even when the input data and the output data change from the coincidence state to the disagreement state during the period when the clock signal is at the low level, the power supply terminal and the ground terminal are in the on state. The through current does not flow because they are not connected by the transistor. That is, the flip-flop 1 according to the first embodiment can maintain a stable operation even when the on-state current of the transistor varies. Further, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the power supply voltage can be set low because the flip-flop 1 has high resistance to variations in the on-state current of the transistors. FIG. 16 is a graph showing a change in the ratio of the operation flip-flop with respect to the power supply voltage of the conventional flip-flop 100 and the flip-flop 1 according to the first embodiment.

図16に示すように、従来のフリップフロップ100では、電源電圧が1Vを下回ると動作するフリップフロップの割合が低下する。例えば、従来のフリップフロップ100では、90%のフリップフロップを動作させるためには0.7V程度の電源電圧が必要である。一方、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、0.4V程度まで100%のフリップフロップが動作する。また、90%のフリップフロップを動作させる電源電圧は、0.35V程度の電圧で良い。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を用いることで、従来のフリップフロップ100よりも電源電圧を低下させて消費電力を削減することができる。   As shown in FIG. 16, in the conventional flip-flop 100, the percentage of flip-flops that operate when the power supply voltage falls below 1V decreases. For example, the conventional flip-flop 100 requires a power supply voltage of about 0.7 V in order to operate 90% of the flip-flops. On the other hand, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, 100% flip-flop operates up to about 0.4V. The power supply voltage for operating 90% flip-flops may be about 0.35V. In other words, by using the flip-flop 1 according to the first embodiment, the power supply voltage can be lowered and the power consumption can be reduced as compared with the conventional flip-flop 100.

また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、入力容量が小さいことも1つの特徴である。実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、クロック信号CKSがSRラッチ13の2つのトランジスタ(例えば、PMOSトランジスタP18及びNMOSトランジスタN18)のみに入力される。そこで、以下では、クロック信号に対する制御を行わない通常のフリップフロップと、クロック信号の制御は行うものの入力容量が大きい(例えば、3つのトランジスタでクロック信号を受信する)特許文献7に記載のフリップフロップとの消費電力について説明する。   Another feature of the flip-flop 1 according to the first embodiment is that the input capacitance is small. In the flip-flop 1 according to the first embodiment, the clock signal CKS is input only to the two transistors (for example, the PMOS transistor P18 and the NMOS transistor N18) of the SR latch 13. Therefore, in the following, a normal flip-flop that does not control the clock signal and a flip-flop described in Patent Document 7 that controls the clock signal but has a large input capacity (for example, receives the clock signal by three transistors). The power consumption will be described.

そこで、クロック信号に対する制御を行わないフリップフロップの回路図を図17に示す。なお、以下の説明では、クロック信号に対する制御を行わないフリップフロップを一般的なフリップフロップ200と称す。図17に示すように、一般的なフリップフロップ200では、クロック分配部201によりデータ保持部15に内部クロック信号CKx及び反転内部クロック信号CKxBを与える。このクロック分配部201は、インバータ202、203を有する。そして、インバータ202によりクロック信号CKSを反転して反転内部クロック信号CKxBを生成し、インバータ203により反転内部クロック信号CKxBをさらに反転して内部クロック信号CKxを生成する。このインバータ202は、例えば、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを電源端子と接地端子との間に直列に接続したものである。つまり、一般的なフリップフロップ2002つのトランジスタによりクロック信号CKSを受信する。   FIG. 17 shows a circuit diagram of a flip-flop that does not control the clock signal. In the following description, a flip-flop that does not control the clock signal is referred to as a general flip-flop 200. As shown in FIG. 17, in a general flip-flop 200, the clock distribution unit 201 supplies the internal clock signal CKx and the inverted internal clock signal CKxB to the data holding unit 15. The clock distribution unit 201 includes inverters 202 and 203. Then, the inverter 202 inverts the clock signal CKS to generate an inverted internal clock signal CKxB, and the inverter 203 further inverts the inverted internal clock signal CKxB to generate the internal clock signal CKx. In the inverter 202, for example, a PMOS transistor and an NMOS transistor are connected in series between a power supply terminal and a ground terminal. In other words, the clock signal CKS is received by a general flip-flop 2002 by two transistors.

特許文献7に記載のフリップフロップは、3つのトランジスタによりクロック信号を受信し、入力データと出力データとが不一致の期間のみデータ保持部に出力する内部クロック信号をトグルさせる。なお、ここでは、入力容量とクロック信号の制御の有無とについての消費電力の比較を行うため特許文献7に記載のフリップフロップの回路の詳細な説明は省略する。   The flip-flop described in Patent Document 7 receives a clock signal by three transistors, and toggles an internal clock signal output to the data holding unit only during a period in which the input data and the output data do not match. Here, detailed description of the flip-flop circuit described in Patent Document 7 is omitted in order to compare the power consumption with respect to the input capacitance and the presence or absence of control of the clock signal.

続いて、一般的なフリップフロップ200を有する半導体装置と、特許文献7に記載されたフリップフロップ100を有する半導体装置と、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を有する半導体装置と、の消費電力を比較したグラフを図18に示す。図18では、同じ回路を、一般的なフリップフロップ200を利用して形成した場合と、フリップフロップ100を利用して形成した場合と、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を利用して形成した場合とを比較したものである。また、図18では、一般的なフリップフロップ200を利用して形成した回路の消費電力を1とし、他のフリップフロップを利用して形成した回路の消費電力を一般的なフリップフロップ200の消費電力との比により示したものである。   Subsequently, the power consumption of the semiconductor device having the general flip-flop 200, the semiconductor device having the flip-flop 100 described in Patent Document 7, and the semiconductor device having the flip-flop 1 according to the first embodiment is reduced. The compared graph is shown in FIG. In FIG. 18, the same circuit is formed using a general flip-flop 200, formed using the flip-flop 100, and formed using the flip-flop 1 according to the first embodiment. It is a comparison with the case. In FIG. 18, the power consumption of a circuit formed using a general flip-flop 200 is 1, and the power consumption of a circuit formed using another flip-flop is the power consumption of the general flip-flop 200. It is shown by the ratio.

図18に示すように、特許文献7に記載のフリップフロップ100を利用して回路を形成した場合、内部クロック信号のトグルが減少するためフリップフロップの消費電力は低減するものの、クロックツリーの消費電力が増加する。そのため、特許文献7に記載のフリップフロップ100を利用して回路を形成した場合、半導体装置全体の消費電力は削減できない。一方、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を利用して回路を形成した場合、内部クロック信号CKxのトグルが減少するためフリップフロップ1の消費電力が低減する。さらに、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、クロック信号CKSが入力されるクロック入力端子CKの入力容量が一般的なフリップフロップ200と同程度に抑制されているため、クロックツリーの消費電力は増加しない。つまり、フリップフロップ1を用いることで、半導体装置全体の消費電力を抑制することができる。   As shown in FIG. 18, when a circuit is formed using the flip-flop 100 disclosed in Patent Document 7, the power consumption of the flip-flop is reduced because the toggle of the internal clock signal is reduced, but the power consumption of the clock tree is reduced. Will increase. Therefore, when a circuit is formed using the flip-flop 100 described in Patent Document 7, the power consumption of the entire semiconductor device cannot be reduced. On the other hand, when a circuit is formed using the flip-flop 1 according to the first embodiment, the power consumption of the flip-flop 1 is reduced because the toggle of the internal clock signal CKx is reduced. Furthermore, since the input capacity of the clock input terminal CK to which the clock signal CKS is input is suppressed to the same level as the general flip-flop 200, the flip-flop 1 according to the first embodiment consumes less power in the clock tree. Does not increase. That is, by using the flip-flop 1, the power consumption of the entire semiconductor device can be suppressed.

また、一般的なフリップフロップ200と、実施の形態1にかかるフリップフロップ1の出力データのトグル率と消費電力の関係について説明する。そこで、図19に実施の形態1にかかるフリップフロップ1と一般的なフリップフロップ200の出力データのトグル率の違いによる消費電力の違いを示すグラフを示す。なお、図19で示した消費電力は、フリップフロップにクロック信号を伝達するクロックバッファの消費電力を含むものである。   The relationship between the toggle rate of the output data of the general flip-flop 200 and the flip-flop 1 according to the first embodiment and the power consumption will be described. FIG. 19 is a graph showing the difference in power consumption due to the difference in the toggle rate between the output data of the flip-flop 1 according to the first embodiment and the general flip-flop 200. Note that the power consumption shown in FIG. 19 includes the power consumption of the clock buffer that transmits the clock signal to the flip-flop.

図19に示すように、一般的なフリップフロップ200は、出力データのトグル率が変化しても一定の消費電力となる。これは、一般的なフリップフロップ200が、出力データがトグルするか否かに関わらず、クロック信号CKSに基づき内部回路中の接点電圧を変化させるためである。一方、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、出力データのトグル率が50%よりも低い場合、一般的なフリップフロップ200よりも消費電力が低くなる。特に、出力データのトグル率が1%未満である場合には、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、一般的なフリップフロップ200よりも80%以上消費電力が小さくなる。これは、実施の形態1にかかるフリップフロップ1が、入力データDinと出力データDoとが不一致である場合にのみ内部クロック信号CKxをトグルさせるためである。   As shown in FIG. 19, the general flip-flop 200 consumes constant power even if the toggle rate of the output data changes. This is because the general flip-flop 200 changes the contact voltage in the internal circuit based on the clock signal CKS regardless of whether the output data toggles. On the other hand, the flip-flop 1 according to the first embodiment consumes less power than the general flip-flop 200 when the toggle rate of the output data is lower than 50%. In particular, when the toggle rate of the output data is less than 1%, the flip-flop 1 according to the first embodiment consumes 80% or more less power than the general flip-flop 200. This is because the flip-flop 1 according to the first embodiment toggles the internal clock signal CKx only when the input data Din and the output data Do do not match.

上記説明より、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を用いることで、クロックツリーにかる消費電力の増加を抑制しながら、フリップフロップ1の消費電力を削減し、半導体装置全体の消費電力を抑制することができる。   From the above description, by using the flip-flop 1 according to the first embodiment, the power consumption of the flip-flop 1 is reduced and the power consumption of the entire semiconductor device is suppressed while suppressing an increase in power consumption for the clock tree. be able to.

また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、クロック信号CKSがロウレベルである期間に入力データDinにハザードが発生した場合、マスターラッチMA及びスレーブラッチSLが入力データDinの値を取り込み可能な状態となる。しかしながら、実施の形態1にかかるフリップフロップ1は、ハザードが収束した後、入力されるクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力されるまで内部クロック信号CKxをロウレベルに維持する。そのため、クロック信号CKSの立ち上がりエッジに応じて内部クロック信号CKxの論理レベルがハイレベルに復帰する場合に、ハザードの影響により出力データDoの論理レベルが遷移することを防止することができる。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を用いることで、入力データDinのハザードに対する耐性を有しながら、クロック信号CKSの入力端子の入力容量が小さなフリップフロップを実現することができる。また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を用いることで半導体装置全体の消費電力を低減することができる。   Further, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, when a hazard occurs in the input data Din while the clock signal CKS is at the low level, the master latch MA and the slave latch SL can capture the value of the input data Din. It becomes. However, the flip-flop 1 according to the first embodiment maintains the internal clock signal CKx at a low level until the rising edge of the input clock signal CKS is input after the hazard has converged. Therefore, when the logic level of the internal clock signal CKx returns to the high level according to the rising edge of the clock signal CKS, it is possible to prevent the logic level of the output data Do from transitioning due to the influence of a hazard. That is, by using the flip-flop 1 according to the first embodiment, it is possible to realize a flip-flop having a small input capacitance at the input terminal of the clock signal CKS while having resistance to the hazard of the input data Din. Moreover, the power consumption of the whole semiconductor device can be reduced by using the flip-flop 1 according to the first embodiment.

また、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、不一致検出信号S11の状態遷移に応じて生じる貫通電流の発生がないため、安定した回路動作を実現することができる。このようにフリップフロップ1を安定動作させることで電源電圧を低く設定し消費電力を抑制することができる。   Further, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, since no through current is generated according to the state transition of the mismatch detection signal S11, a stable circuit operation can be realized. As described above, by stably operating the flip-flop 1, the power supply voltage can be set low and power consumption can be suppressed.

実施の形態2
実施の形態1ではクロック信号CKSの立ち上がりエッジに応じて出力データDoの論理レベルを遷移させるフリップフロップについて説明した。実施の形態2では、クロック信号CKSの立ち下がりエッジに応じて出力データDoの論理レベルを遷移させる、つまり、立ち下がりエッジトリガ型のフリップフリップについて説明する。つまり、実施の形態2にかかるフリップフロップ2は、トリガエッジの直前の期間の第1の論理レベルがハイレベルとなり、トリガエッジの直後の期間の第2の論理レベルがロウレベルとなるクロック信号CKSに基づき入力データDinの保持動作を行うものである。
Embodiment 2
In the first embodiment, the flip-flop that changes the logic level of the output data Do according to the rising edge of the clock signal CKS has been described. In the second embodiment, a falling edge triggered flip flip will be described in which the logic level of the output data Do is changed in accordance with the falling edge of the clock signal CKS. That is, in the flip-flop 2 according to the second embodiment, the first logic level in the period immediately before the trigger edge becomes a high level, and the second logic level in the period immediately after the trigger edge becomes a low level. Based on this, the holding operation of the input data Din is performed.

そこで、図20に実施の形態2にかかるフリップフロップ2のブロック図を示す。なお、実施の形態2にかかる説明において実施の形態1と同じ構成要素については、実施の形態1と同じ符号を付して説明を省略する。   FIG. 20 is a block diagram of the flip-flop 2 according to the second embodiment. In the description of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図20に示すように、実施の形態2にかかるフリップフロップ2は、クロック制御回路20及びデータ保持部15を有する。クロック制御回路20は、入力データDinが出力データDoとは異なる論理レベルとなったときのみ、内部クロック信号CKxの論理レベルをクロック信号CKSのクロックエッジに応じて変化させる。そして、フリップフロップ2は、内部クロック信号CKxをデータ保持部15に与える。   As illustrated in FIG. 20, the flip-flop 2 according to the second embodiment includes a clock control circuit 20 and a data holding unit 15. The clock control circuit 20 changes the logic level of the internal clock signal CKx according to the clock edge of the clock signal CKS only when the input data Din has a logic level different from that of the output data Do. Then, the flip-flop 2 gives the internal clock signal CKx to the data holding unit 15.

クロック制御回路20は、不一致検出回路21及び内部クロック生成部22を有する。不一致検出回路21は、入力データDinと出力データDoの不一致を検出して、不一致検出信号S21を出力する。実施の形態2にかかるフリップフロップ2では、不一致検出回路21として排他的反転論理和回路(図中では、XNORと表記する)を利用する。この不一致検出回路21は、2つの入力信号が不一検出状態である場合に不一致検出信号S21をロウレベル(例えば、0)とし、2つの入力信号が一致検出状態である場合に不一致検出信号をハイレベル(例えば、1)とするものである。   The clock control circuit 20 includes a mismatch detection circuit 21 and an internal clock generation unit 22. The mismatch detection circuit 21 detects a mismatch between the input data Din and the output data Do and outputs a mismatch detection signal S21. In the flip-flop 2 according to the second embodiment, an exclusive inversion OR circuit (indicated as XNOR in the drawing) is used as the mismatch detection circuit 21. The mismatch detection circuit 21 sets the mismatch detection signal S21 to a low level (for example, 0) when two input signals are in a mismatch detection state, and sets the mismatch detection signal high when two input signals are in a match detection state. It is a level (for example, 1).

内部クロック生成部22は、不一致検出信号S21が不一致検出状態となったときにクロック信号CKSのトリガエッジの入力があった場合にクロック信号CKSのトリガエッジに対応したトリガエッジを有する内部クロック信号CKxを生成する。実施の形態2では、クロック信号CKSのトリガエッジは立ち下がりエッジであり、内部クロック信号CKxのトリガエッジは立ち上がりエッジである。より具体的に説明するために、図21に内部クロック生成部22の動作を示す真理値表を示す。   The internal clock generator 22 has an internal clock signal CKx having a trigger edge corresponding to the trigger edge of the clock signal CKS when the trigger edge of the clock signal CKS is input when the mismatch detection signal S21 is in a mismatch detection state. Is generated. In the second embodiment, the trigger edge of the clock signal CKS is a falling edge, and the trigger edge of the internal clock signal CKx is a rising edge. In order to explain more specifically, FIG. 21 shows a truth table showing the operation of the internal clock generator 22.

まず、実施の形態2にかかるフリップフロップ2では、クロック信号CKSは、論理レベルについて、トリガエッジの直前の期間の論理レベルが第1の論理レベル(例えば、ハイレベル又は1)となり、トリガエッジの直後の期間の論理レベルが第2の論理レベル(例えばロウレベル又は0)となる。また、内部クロック信号CKxは、論理レベルについて、トリガエッジの直前の期間の論理レベルが第3の論理レベル(例えば、ロウレベル又は0)となり、トリガエッジの直後の期間の論理レベルが第4の論理レベル(例えばハイレベル又は1)となる。   First, in the flip-flop 2 according to the second exemplary embodiment, the clock signal CKS has a logic level of the first logic level (for example, high level or 1) in the period immediately before the trigger edge, and the trigger edge The logic level in the immediately following period becomes the second logic level (for example, low level or 0). The internal clock signal CKx has a logic level in the period immediately before the trigger edge as the third logic level (for example, low level or 0), and the logic level in the period immediately after the trigger edge is the fourth logic level. Level (for example, high level or 1).

そして、図21に示すように、内部クロック生成部22は、不一致検出信号S21が一致検出状態(例えば、ハイレベル)である場合、クロック信号CKSがロウレベルとなることで内部クロック信号CKxをハイレベルとする。そして、内部クロック生成部22は、不一致検出信号S21がハイレベルである場合、一旦内部クロック信号CKxがハイレベルとなった後はクロック信号CKSがトグルしても内部クロックCKxをハイレベルで維持する。また、内部クロック生成部22は、不一致検出信号S21が不一致検出状態(例えば、ロウレベル)である場合、クロック信号CKSの論理レベルと逆の論理レベルで内部クロック信号CKxをトグルする。   As shown in FIG. 21, when the mismatch detection signal S21 is in a match detection state (for example, high level), the internal clock generation unit 22 sets the internal clock signal CKx to a high level when the clock signal CKS becomes a low level. And Then, when the mismatch detection signal S21 is at the high level, the internal clock generation unit 22 maintains the internal clock CKx at the high level even if the clock signal CKS is toggled after the internal clock signal CKx once becomes the high level. . Further, when the mismatch detection signal S21 is in a mismatch detection state (for example, low level), the internal clock generation unit 22 toggles the internal clock signal CKx at a logic level opposite to the logic level of the clock signal CKS.

ここで、内部クロック生成部22の動作について別の観点から説明する。図21に示すように、内部クロック生成部22は、クロック信号CKSがハイレベルである期間に不一致検出信号S21が不一致検出状態(例えば、ロウレベル)となった場合、内部クロック信号CKxをロウレベルとする。その後、不一致検出信号S21が不一致検出状態を維持した状態でクロック信号CKSのトリガエッジが入力されることでクロック信号CKSがロウレベルとなった場合、内部クロック信号CKxは、クロック信号CKSの論理レベルの切り替わりに応じて内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルに切り替える。また、クロック信号CKSがロウレベルである期間に不一致検出信号S21の状態が一致検出状態と不一致検出状態との間で切り替わっても、内部クロック生成部22は、内部クロック信号CKxをハイレベルで維持する。また、クロック信号CKSがハイレベルである期間に不一致検出信号S21の状態が一致検出状態と不一致検出状態との間で切り替わった場合、内部クロック生成部22は、内部クロック信号CKxを一旦ロウレベルした後は内部クロック信CKxをロウレベルで維持する。   Here, the operation of the internal clock generation unit 22 will be described from another viewpoint. As shown in FIG. 21, the internal clock generator 22 sets the internal clock signal CKx to a low level when the mismatch detection signal S21 is in a mismatch detection state (for example, a low level) during a period in which the clock signal CKS is at a high level. . After that, when the clock signal CKS becomes low level by inputting the trigger edge of the clock signal CKS while the mismatch detection signal S21 maintains the mismatch detection state, the internal clock signal CKx is at the logic level of the clock signal CKS. In response to the switching, the internal clock signal CKx is switched from the low level to the high level. Further, even when the state of the mismatch detection signal S21 is switched between the match detection state and the mismatch detection state during the period in which the clock signal CKS is at the low level, the internal clock generation unit 22 maintains the internal clock signal CKx at the high level. . Further, when the state of the mismatch detection signal S21 is switched between the match detection state and the mismatch detection state during the period when the clock signal CKS is at the high level, the internal clock generation unit 22 once sets the internal clock signal CKx to the low level. Maintains the internal clock signal CKx at a low level.

なお、図21に示すように、内部クロック生成部22は、内部クロック信号CKxに加えて内部クロック信号CKxとは反転した論理レベルを有する反転内部クロック信号CKxBを出力する。   As shown in FIG. 21, the internal clock generation unit 22 outputs an inverted internal clock signal CKxB having a logic level inverted from the internal clock signal CKx in addition to the internal clock signal CKx.

この内部クロック生成部22は、セットリセットラッチ(以下、SRラッチと称す)23、インバータ24を有する。SRラッチ23は、セット入力端子S、リセット入力端子R、第1の出力端子(例えば、ラッチ出力端子QL)、第2の出力端子(例えば、反転ラッチ出力端子QLB)を有する。そして、SRラッチ23は、セット入力端子Sとリセット入力端子Sとの一方に不一致検出信号S21が入力され、セット入力端子Sとリセット入力端子Rとの他方にクロック信号(例えば、クロック信号CKS)が入力され、不一致検出回路S21とクロック信号CKSとに基づき内部クロック信号CKxを生成する。実施の形態2では、セット入力端子Sには、セット信号として不一致検出信号S21が入力される。また、リセット入力端子Rには、リセット信号としてクロック信号CKSが入力される。また、詳細は後述するが、SRラッチ23はクロック信号CKSが入力されるトランジスタが2以下であるという特徴を有する。   The internal clock generator 22 includes a set / reset latch (hereinafter referred to as SR latch) 23 and an inverter 24. The SR latch 23 has a set input terminal S, a reset input terminal R, a first output terminal (for example, a latch output terminal QL), and a second output terminal (for example, an inverted latch output terminal QLB). In the SR latch 23, the mismatch detection signal S21 is input to one of the set input terminal S and the reset input terminal S, and a clock signal (for example, a clock signal CKS) is input to the other of the set input terminal S and the reset input terminal R. And the internal clock signal CKx is generated based on the mismatch detection circuit S21 and the clock signal CKS. In the second embodiment, the mismatch detection signal S21 is input to the set input terminal S as a set signal. A clock signal CKS is input to the reset input terminal R as a reset signal. As will be described in detail later, the SR latch 23 has a feature that the number of transistors to which the clock signal CKS is input is 2 or less.

そして、内部クロック生成部22は、SRラッチ23のラッチ出力端子QLから内部クロック信号CKxとは反転した論理レベルを有する反転クロック信号CKxBを出力する。また、内部クロック生成部22は、反転クロック信号CKxBをインバータ24で反転して内部クロック信号CKxを出力する。   Then, the internal clock generator 22 outputs an inverted clock signal CKxB having a logic level inverted from the internal clock signal CKx from the latch output terminal QL of the SR latch 23. The internal clock generator 22 inverts the inverted clock signal CKxB by the inverter 24 and outputs the internal clock signal CKx.

続いて、実施の形態2にかかるフリップフロップ2の各ブロックの詳細な回路構成について説明する。まず、図22に不一致検出回路21の回路図を示す。図22に示すように、不一致検出回路21は、不一致検出回路11の出力段にPMOSトランジスタP21とNMOSトランジスタN21で形成されたインバータを追加したものである。このインバータにより、不一致検出回路21は、不一致検出信号S11とは論理が反転した不一致検出信号S21を出力する。   Subsequently, a detailed circuit configuration of each block of the flip-flop 2 according to the second embodiment will be described. First, a circuit diagram of the mismatch detection circuit 21 is shown in FIG. As shown in FIG. 22, the mismatch detection circuit 21 is obtained by adding an inverter formed of a PMOS transistor P <b> 21 and an NMOS transistor N <b> 21 to the output stage of the mismatch detection circuit 11. By this inverter, the mismatch detection circuit 21 outputs a mismatch detection signal S21 whose logic is inverted from that of the mismatch detection signal S11.

このような回路構成により、不一致検出回路21では、排他的反転論理和回路を構成する。そこで、不一致検出回路21の真理値表を図23に示す。図23に示すように、不一致検出回路21は、第1の入力端子In1に入力される出力データDoと、第2の入力端子In2に入力される入力データDinと、が異なる論理レベルとなったときに、出力端子OUTから出力する不一致検出信号S21をロウレベルとする。一方、不一致検出回路21は、第1の入力端子In1に入力される出力データDoと、第2の入力端子In2に入力される入力データDinと、が同じ論理レベルとなったときに、出力端子OUTから出力する不一致検出信号S21をハイレベルとする。   With such a circuit configuration, the mismatch detection circuit 21 constitutes an exclusive inversion OR circuit. Therefore, a truth table of the mismatch detection circuit 21 is shown in FIG. As shown in FIG. 23, in the mismatch detection circuit 21, the output data Do input to the first input terminal In1 and the input data Din input to the second input terminal In2 have different logic levels. Sometimes, the mismatch detection signal S21 output from the output terminal OUT is set to the low level. On the other hand, the mismatch detection circuit 21 outputs the output terminal when the output data Do input to the first input terminal In1 and the input data Din input to the second input terminal In2 have the same logic level. The mismatch detection signal S21 output from OUT is set to the high level.

続いて、SRラッチ23の詳細な回路について説明する。図24にSRラッチ23の詳細な回路図を示す。図24に示すように、SRラッチ23は、第1の反転論理積回路(例えば、反転論理積回路NAND1)及び第2の反転論理積回路(例えば、反転論理積回路NAND2)を有する。SRラッチ23では、反転論理積回路NAND1の第1の入力端子と、反転論理積回路NAND2の第1の入力端子と、の一方に不一致検出信号S21が入力される。また、SRラッチ23は、反転論理積回路NAND1の第1の入力端子と、反転論理積回路NAND2の第1の入力端子と、の他方にクロック信号が入力される。さらに、SRラッチ23では、反転論理積回路NAND1の出力端子と反転論理積回路NAND2の第2の入力端子とが接続され、反転論理積回路NAND2の出力端子と反転論理積回路NAND1の第2の入力端子とが接続される。   Next, a detailed circuit of the SR latch 23 will be described. FIG. 24 shows a detailed circuit diagram of the SR latch 23. As shown in FIG. 24, the SR latch 23 includes a first inverting AND circuit (for example, inverting AND circuit NAND1) and a second inverting AND circuit (for example, inverting AND circuit NAND2). In the SR latch 23, the mismatch detection signal S21 is input to one of the first input terminal of the inverting AND circuit NAND1 and the first input terminal of the inverting AND circuit NAND2. The SR latch 23 receives a clock signal at the other of the first input terminal of the inverting AND circuit NAND1 and the first input terminal of the inverting AND circuit NAND2. Further, in the SR latch 23, the output terminal of the inverting AND circuit NAND1 and the second input terminal of the inverting AND circuit NAND2 are connected, and the output terminal of the inverting AND circuit NAND2 and the second terminal of the inverting AND circuit NAND1 are connected. Input terminal is connected.

より具体的には、反転論理積回路NAND1は、第1の入力端子がセット端子Sに接続され、第2の入力端子が反転論理積回路NAND2の出力端子に接続される。また、反転論理積回路NAND1の出力端子は反転ラッチ出力端子QLBに接続される。反転論理積回路NAND2は、第1の入力端子がリセット端子Rに接続され、第2の入力端子が反転論理積回路NAND1の出力端子に接続される。反転論理積回路NAND2の出力端子はラッチ出力端子QLに接続される。このラッチ出力端子QLから出力される信号が内部クロック信号CKxとなる。そして、実施の形態1では、セット端子Sに不一致検出信号S21が入力され、リセット端子Rにクロック信号CKSが入力される。   More specifically, the inverting AND circuit NAND1 has a first input terminal connected to the set terminal S and a second input terminal connected to the output terminal of the inverting AND circuit NAND2. The output terminal of the inverting AND circuit NAND1 is connected to the inverting latch output terminal QLB. The inverting AND circuit NAND2 has a first input terminal connected to the reset terminal R and a second input terminal connected to the output terminal of the inverting AND circuit NAND1. The output terminal of the inverting AND circuit NAND2 is connected to the latch output terminal QL. A signal output from the latch output terminal QL becomes the internal clock signal CKx. In the first embodiment, the mismatch detection signal S21 is input to the set terminal S, and the clock signal CKS is input to the reset terminal R.

反転論理積回路NAND1は、PMOSトランジスタP25、P26、NMOSトランジスタN25、N26を有する。PMOSトランジスタP25、P26のソースは電源端子に接続される。PMOSトランジスタP25のゲートには、不一致検出信号S21が入力される。PMOSトランジスタP26のゲートは、反転論理積回路NAND2の出力端子に接続される。PMOSトランジスタP25、P26のドレインは、反転ラッチ出力端子QLBと接続される。NMOSトランジスタN25のドレインは、反転ラッチ出力端子QLBと接続される。NMOSトランジスタN25のゲートは、反転論理積回路NAND2と接続される。NMOSトランジスタN25のソースは、NMOSトランジスタN26のドレインと接続される。NMOSトランジスタN26のゲートには、不一致検出信号S21が入力される。NMOSトランジスタN26のソースは、接地端子と接続される。   The inverting AND circuit NAND1 includes PMOS transistors P25 and P26 and NMOS transistors N25 and N26. The sources of the PMOS transistors P25 and P26 are connected to the power supply terminal. The mismatch detection signal S21 is input to the gate of the PMOS transistor P25. The gate of the PMOS transistor P26 is connected to the output terminal of the inverting AND circuit NAND2. The drains of the PMOS transistors P25 and P26 are connected to the inverting latch output terminal QLB. The drain of the NMOS transistor N25 is connected to the inverting latch output terminal QLB. The gate of the NMOS transistor N25 is connected to the inverting AND circuit NAND2. The source of the NMOS transistor N25 is connected to the drain of the NMOS transistor N26. The mismatch detection signal S21 is input to the gate of the NMOS transistor N26. The source of the NMOS transistor N26 is connected to the ground terminal.

反転論理積回路NAND2は、PMOSトランジスタP27、P28、NMOSトランジスタN27、N28を有する。PMOSトランジスタP27、P28のソースは電源端子に接続される。PMOSトランジスタP27のゲートは、反転論理積回路NAND1の出力端子に接続される。PMOSトランジスタP28のゲートには、クロック信号CKSが入力される。PMOSトランジスタP27、P28のドレインは、ラッチ出力端子QLと接続される。NMOSトランジスタN27のドレインは、ラッチ出力端子QLと接続される。NMOSトランジスタN27のゲートには、クロック信号CKSが入力される。NMOSトランジスタN27のソースは、NMOSトランジスタN28のドレインと接続される。NMOSトランジスタN28のゲートは、反転論理積回路NAND1の出力端子と接続される。NMOSトランジスタN28のソースは、接地端子と接続される。なお、PMOSトランジスタP27、P28が第1のトランジスタ及び第2のトランジスタに相当し、NMOSトランジスタN27、N28が第3のトランジスタ及び第4のトランジスタに相当する。   The inverting AND circuit NAND2 includes PMOS transistors P27 and P28 and NMOS transistors N27 and N28. The sources of the PMOS transistors P27 and P28 are connected to the power supply terminal. The gate of the PMOS transistor P27 is connected to the output terminal of the inverting AND circuit NAND1. The clock signal CKS is input to the gate of the PMOS transistor P28. The drains of the PMOS transistors P27 and P28 are connected to the latch output terminal QL. The drain of the NMOS transistor N27 is connected to the latch output terminal QL. The clock signal CKS is input to the gate of the NMOS transistor N27. The source of the NMOS transistor N27 is connected to the drain of the NMOS transistor N28. The gate of the NMOS transistor N28 is connected to the output terminal of the inverting AND circuit NAND1. The source of the NMOS transistor N28 is connected to the ground terminal. The PMOS transistors P27 and P28 correspond to the first transistor and the second transistor, and the NMOS transistors N27 and N28 correspond to the third transistor and the fourth transistor.

ここで、SRラッチ23の真理値表を図25に示し、SRラッチ23の動作について説明する。図25に示すように、SRラッチ23は、不一致検出信号S21がロウレベル、かつ、クロック信号CKSがハイレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値をロウレベルとし、反転ラッチ出力端子QLBの出力値をハイレベルとする。SRラッチ23は、不一致検出信号S21がハイレベル、かつ、クロック信号CKSがロウレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値をハイレベルとし、反転ラッチ出力端子QLBの出力値をロウレベルとする。SRラッチ23は、不一致検出信号S21及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルである場合、不一致検出信号S21及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルとなる前のラッチ出力端子QLの出力値及び反転ラッチ出力端子QLBの出力値の論理レベルを維持する。さらに、SRラッチ23は、不一致検出信号S21及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルである場合、ラッチ出力端子QLの出力値及び反転ラッチ出力端子QLBの出力値をいずれもハイレベルとする。   Here, the truth table of the SR latch 23 is shown in FIG. 25, and the operation of the SR latch 23 will be described. As shown in FIG. 25, when the mismatch detection signal S21 is low level and the clock signal CKS is high level, the SR latch 23 sets the output value of the latch output terminal QL to low level and the output value of the inverting latch output terminal QLB. Is set to the high level. When the mismatch detection signal S21 is high level and the clock signal CKS is low level, the SR latch 23 sets the output value of the latch output terminal QL to high level and sets the output value of the inverting latch output terminal QLB to low level. When both the mismatch detection signal S21 and the clock signal CKS are at the high level, the SR latch 23 outputs the output value of the latch output terminal QL and the inverted latch output before the mismatch detection signal S21 and the clock signal CKS are both at the high level. The logic level of the output value of the terminal QLB is maintained. Furthermore, the SR latch 23 sets both the output value of the latch output terminal QL and the output value of the inverted latch output terminal QLB to the high level when both the mismatch detection signal S21 and the clock signal CKS are at the low level.

つまり、実施の形態2にかかるフリップフロップ2では、通常、SRラッチの利用形態として禁止或いは条件付きで利用可能とされるラッチ出力端子QL及び反転ラッチ出力端子QLBがいずれもハイレベルとなる入力状態を積極的に利用する。これにより、SRラッチ23は、不一致検出信号S21が入力データDinと出力データDoとが異なる論理レベルである状態(例えば、不一致検出信号S21がロウレベルとなる状態)で、クロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力された場合のみ内部クロック信号CKxをクロック信号CKSのトグルに合わせてトグルさせる。   That is, in the flip-flop 2 according to the second embodiment, an input state in which both the latch output terminal QL and the inverted latch output terminal QLB, which are normally prohibited or conditionally usable as the SR latch usage mode, are at a high level. Is actively used. As a result, the SR latch 23 causes the falling edge of the clock signal CKS in a state where the mismatch detection signal S21 is at a different logic level between the input data Din and the output data Do (for example, a state where the mismatch detection signal S21 is at a low level). Only when is inputted, the internal clock signal CKx is toggled in accordance with the toggle of the clock signal CKS.

また、実施の形態2にかかるSRラッチ23においても、不一致検出信号S21の論理レベルの遷移に応じて異なる導電型のトランジスタが同時に導通状態を逆の状態に遷移させ、電源端子と接地端子とが導通状態となることを防止する。そのため、実施の形態2においても不一致検出信号S21の論理レベルの切り替わりに応じて貫通電流が流れることがない。つまり、実施の形態2にかかるSRラッチ23においても入力信号の論理レベルの遷移に応じて貫通電流が流れることはないのでフリップフロップ2の安定性を向上させることができる。また、実施の形態2にかかるフリップフロップ2は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同様に高い安定性に基づき電源電圧を低下させて消費電力を削減することができる。   Also in the SR latch 23 according to the second embodiment, the transistors of different conductivity types simultaneously change the conduction state to the opposite state according to the transition of the logic level of the mismatch detection signal S21, and the power supply terminal and the ground terminal are connected. Prevents conduction. Therefore, even in the second embodiment, the through current does not flow according to the switching of the logic level of the mismatch detection signal S21. That is, even in the SR latch 23 according to the second embodiment, the through current does not flow in accordance with the transition of the logic level of the input signal, so that the stability of the flip-flop 2 can be improved. In addition, the flip-flop 2 according to the second embodiment can reduce the power consumption by reducing the power supply voltage based on high stability, similarly to the flip-flop 1 according to the first embodiment.

次いで、実施の形態2にかかるフリップフロップ2の動作について説明する。そこで、図26にフリップフロップ2の動作を示すタイミングチャートを示す。まず、図26の期間TM1について説明する。期間TM1では、クロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されるタイミングT1の前に入力データDinの論理レベルがロウレベルからハイレベルに遷移する。そのため、期間TM1では、入力データDinの論理レベルの切り替わりに伴い、不一致検出回路21が不一致検出信号S21をロウレベルとする。また、不一致検出信号S21がロウレベルとなったことに応じて、SRラッチ23が内部クロック信号CKxをロウレベルとする。このとき、マスターラッチMAがホールド状態からスルー状態となり、スレーブラッチSLがスルー状態からホールド状態となる。つまり、マスターラッチMAは、入力データDinに応じて論理レベルがハイレベルとなる信号をスレーブラッチSLに伝達し、スレーブラッチSLは入力データDinがハイレベルとなる前の期間にマスターラッチMAから与えられていた信号の論理レベル(つまり、ロウレベル)を保持する。   Next, the operation of the flip-flop 2 according to the second embodiment will be described. FIG. 26 shows a timing chart showing the operation of the flip-flop 2. First, the period TM1 in FIG. 26 will be described. In the period TM1, the logic level of the input data Din changes from the low level to the high level before the timing T1 when the falling edge of the clock signal CKS is input. Therefore, in the period TM1, the mismatch detection circuit 21 sets the mismatch detection signal S21 to the low level as the logic level of the input data Din is switched. The SR latch 23 sets the internal clock signal CKx to the low level in response to the mismatch detection signal S21 becoming the low level. At this time, the master latch MA changes from the hold state to the through state, and the slave latch SL changes from the through state to the hold state. That is, the master latch MA transmits a signal whose logic level is high in accordance with the input data Din to the slave latch SL, and the slave latch SL is supplied from the master latch MA during a period before the input data Din is high. The logic level (that is, low level) of the received signal is held.

そして、タイミングT1においてクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されると、SRラッチ23は内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルに遷移させる。この内部クロック信号CKxの立ち下がりエッジに応じて、データ保持部15のマスターラッチMAは、スルー状態からホールド状態となり、入力データDinの値を保持する状態となる。また、内部クロック信号CKxの立ち下がりエッジに応じて、データ保持部15のスレーブラッチSLは、ホールド状態からスルー状態となり、マスターラッチMAが出力している入力データDinの値をデータ出力端子QFから出力する。これにより、出力データDoの値が入力データDinの値と一致した状態になるため、不一致検出信号S21はロウレベルとなる。   When the falling edge of the clock signal CKS is input at timing T1, the SR latch 23 changes the internal clock signal CKx from the low level to the high level. In response to the falling edge of the internal clock signal CKx, the master latch MA of the data holding unit 15 changes from the through state to the hold state, and holds the value of the input data Din. In response to the falling edge of the internal clock signal CKx, the slave latch SL of the data holding unit 15 changes from the hold state to the through state, and the value of the input data Din output from the master latch MA is changed from the data output terminal QF. Output. As a result, the value of the output data Do matches the value of the input data Din, so that the mismatch detection signal S21 is at a low level.

続いて、入力データDinの論理レベルが変化しない状態でクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力される期間TM2における実施の形態2にかかるフリップフロップ2の動作について説明する。期間TM2では、入力データDinの論理レベルが維持される。そのため、不一致検出回路11は、不一致検出信号S21をロウレベルで維持する。これにより、SRラッチ23のセット端子Sに入力される不一致検出信号S21がハイレベルで維持されるため、クロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されても、SRラッチ23は、内部クロック信号CKxの論理レベルを維持する。従って、マスターラッチMAはホールド状態を維持し、かつ、スレーブラッチSLはスルー状態を維持する。つまり、出力データDoの論理レベルは、クロック信号CKSの立ち下がりエッジがタイミングT2で入力されても変化しない。このように、実施の形態2にかかるフリップフロップ2は、入力データDinに論理レベルの変化がなければ、クロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されても内部クロック信号CKxをトグルしない。   Next, the operation of the flip-flop 2 according to the second embodiment in the period TM2 in which the falling edge of the clock signal CKS is input while the logic level of the input data Din does not change will be described. In the period TM2, the logic level of the input data Din is maintained. Therefore, the mismatch detection circuit 11 maintains the mismatch detection signal S21 at a low level. As a result, the mismatch detection signal S21 input to the set terminal S of the SR latch 23 is maintained at a high level. Therefore, even if the falling edge of the clock signal CKS is input, the SR latch 23 is connected to the internal clock signal CKx. Maintain a logic level. Therefore, the master latch MA maintains the hold state, and the slave latch SL maintains the through state. That is, the logic level of the output data Do does not change even when the falling edge of the clock signal CKS is input at the timing T2. As described above, the flip-flop 2 according to the second embodiment does not toggle the internal clock signal CKx even if the falling edge of the clock signal CKS is input unless the logic level of the input data Din is changed.

続いて、入力データDinにハザードが発生した期間TM3における実施の形態2にかかるフリップフロップ2の動作について説明する。期間TM3では、タイミングT3でクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されるが、タイミングT3の前後の期間に入力データDinにハザードが発生する。   Next, the operation of the flip-flop 2 according to the second embodiment in the period TM3 in which the hazard has occurred in the input data Din will be described. In the period TM3, the falling edge of the clock signal CKS is input at the timing T3, but a hazard occurs in the input data Din in the period before and after the timing T3.

このハザードが発生した場合、ハザード発生期間中において入力データDinと出力データDoとの論理レベルが異なるレベルとなるため、ハザード発生期間中は、不一致検出回路21が出力する不一致検出信号S21がロウレベルとなる。そして、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生するとSRラッチ23のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがロウレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S21がハイレベルとなる。したがって、クロック信号CKSがロウレベルである期間中にハザードが発生すると、SRラッチ23は内部クロック信号CKxをロウレベルとする。一方、クロック信号CKSがハイレベルである期間にハザードが発生するとSRラッチ23のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがハイレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S21がハイレベルとなるため、SRラッチ23は内部クロック信号CKxの論理レベルをハイレベルで維持する。   When this hazard occurs, the logic levels of the input data Din and the output data Do are different during the hazard occurrence period. Therefore, during the hazard occurrence period, the mismatch detection signal S21 output by the mismatch detection circuit 21 is at the low level. Become. When a hazard occurs while the clock signal CKS is at low level, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 23 becomes low level, and the mismatch detection signal S21 input to the set terminal S becomes high level. Therefore, if a hazard occurs during the period when the clock signal CKS is at the low level, the SR latch 23 sets the internal clock signal CKx to the low level. On the other hand, when a hazard occurs while the clock signal CKS is at a high level, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 23 is at a high level, and the mismatch detection signal S21 input to the set terminal S is at a high level. Therefore, the SR latch 23 maintains the logic level of the internal clock signal CKx at a high level.

また、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生した場合、内部クロック信号CKxがハイレベルからロウレベルに切り替わるため、マスターラッチMAはホールド状態からスルー状態となり、スレーブラッチSLはスルー状態からホールド状態となる。そのため、クロック信号CKSがロウレベルである期間にハザードが発生した場合、マスターラッチMAは入力データDinの値をスレーブラッチSLに伝達する状態となり、スレーブラッチSLはハザード発生前にマスターラッチMAで保持されていた値を保持する状態となる。そのため、ハザードが発生しても、フリップフロップ2は、出力データDoの論理レベルを維持する。   If a hazard occurs while the clock signal CKS is at the low level, the internal clock signal CKx is switched from the high level to the low level, so that the master latch MA is changed from the hold state to the through state, and the slave latch SL is changed from the through state to the hold state. It becomes. Therefore, when a hazard occurs while the clock signal CKS is at a low level, the master latch MA is in a state of transmitting the value of the input data Din to the slave latch SL, and the slave latch SL is held by the master latch MA before the hazard occurs. It will be in the state which holds the value which had been. Therefore, even if a hazard occurs, the flip-flop 2 maintains the logic level of the output data Do.

そして、図26に示した例では、ハザードが収束した後のタイミングT3でクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力される。このタイミングT3では、入力データDinはハイレベルとなっているため、不一致検出信号S21はハイレベルとなっている。そのため、タイミングT3では、SRラッチ23のリセット端子Rに入力されるクロック信号CKSがハイレベルとなり、セット端子Sに入力される不一致検出信号S21がロウレベルとなるため、SRラッチ23は内部クロック信号CKxをロウレベルからハイレベルとする。また、内部クロック信号CKxがハイレベルとなったことに応じて、マスターラッチMAはスルー状態からホールド状態となり、スレーブラッチSLはホールド状態からスルー状態となる。このタイミングT3では、入力データDinがハザード発生前の状態であるため、マスターラッチMAはハザード発生前と同じ論理レベルの信号をスレーブラッチSLに出力する。また、タイミングT3でスレーブラッチSLに伝達されている値はハザード発生前と同じであるためスレーブラッチSLはスルー状態となっても、ハザード発生前と同じ値をデータ出力端子QFに出力する。つまり、実施の形態1にかかるフリップフロップ1では、ハザード発生期間中にクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力されなければ、ハザードの発生に起因して出力データDoの値が変化することはない。   In the example shown in FIG. 26, the falling edge of the clock signal CKS is input at timing T3 after the hazard has converged. At this timing T3, since the input data Din is at a high level, the mismatch detection signal S21 is at a high level. Therefore, at timing T3, the clock signal CKS input to the reset terminal R of the SR latch 23 becomes high level, and the mismatch detection signal S21 input to the set terminal S becomes low level, so that the SR latch 23 receives the internal clock signal CKx. From low level to high level. Further, in response to the internal clock signal CKx becoming high level, the master latch MA changes from the through state to the hold state, and the slave latch SL changes from the hold state to the through state. At this timing T3, since the input data Din is in a state before the occurrence of the hazard, the master latch MA outputs a signal having the same logic level as that before the occurrence of the hazard to the slave latch SL. Further, since the value transmitted to the slave latch SL at the timing T3 is the same as before the occurrence of the hazard, even if the slave latch SL enters the through state, the same value as before the occurrence of the hazard is output to the data output terminal QF. That is, in the flip-flop 1 according to the first embodiment, the value of the output data Do does not change due to the occurrence of a hazard unless the falling edge of the clock signal CKS is input during the hazard occurrence period.

上記したように、実施の形態2にかかるフリップフロップ2では、入力データDinに論理レベルが変化しない場合にはクロック信号CKSの立ち下がりエッジに基づく内部クロック信号CKxのトグルを防止することでデータ保持部15の内部回路動作を抑制して消費電力を削減する。また、実施の形態2にかかるフリップフロップ2では、ハザードの発生に伴うデータ保持部15の誤動作を防止することができる。さらに、実施の形態2にかかるフリップフロップ2においても、クロック信号CKSがゲートに入力されるトランジスタは2つである。そのため、実施の形態2にかかるフリップフロップ2においても、記内部クロック信号CKxのトグルを防止することによる消費電力を削減する第1の機能と、ハザード発生に起因する誤動作を防止する第2の機能と、をクロック入力端子CKの入力容量を削減しながら実現ことができる。   As described above, in the flip-flop 2 according to the second embodiment, when the logic level does not change in the input data Din, data is retained by preventing the internal clock signal CKx from being toggled based on the falling edge of the clock signal CKS. The internal circuit operation of the unit 15 is suppressed to reduce power consumption. Further, in the flip-flop 2 according to the second embodiment, it is possible to prevent malfunction of the data holding unit 15 due to occurrence of a hazard. Furthermore, also in the flip-flop 2 according to the second embodiment, the number of transistors to which the clock signal CKS is input is two. Therefore, also in the flip-flop 2 according to the second embodiment, the first function for reducing power consumption by preventing the internal clock signal CKx from being toggled and the second function for preventing malfunction caused by occurrence of a hazard. Can be realized while reducing the input capacitance of the clock input terminal CK.

また、実施の形態2にかかるフリップフロップ2は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同様の高い安定性を確保できるため、低電源電圧による消費電力の削減を行うことができる。   Further, since the flip-flop 2 according to the second embodiment can ensure the same high stability as the flip-flop 1 according to the first embodiment, the power consumption can be reduced by the low power supply voltage.

実施の形態3
実施の形態3では、実施の形態1にかかるフリップフロップ1の変形例となるフリップフロップ1aと、実施の形態2にかかるフリップフロップ2の変形例となるフリップフロップ2aと、について説明する。なお、実施の形態3の説明において実施の形態1、2と同じ構成要素については実施の形態1、2と同じ符号を付して説明を省略する。
Embodiment 3
In the third embodiment, a flip-flop 1a that is a modification of the flip-flop 1 according to the first embodiment and a flip-flop 2a that is a modification of the flip-flop 2 according to the second embodiment will be described. In the description of the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first and second embodiments, and the description thereof is omitted.

まず、実施の形態3にかかるフリップフロップ1aのブロック図を図27に示し、フリップフロップ1aについて説明する。図27に示すように、実施の形態3にかかるフリップフロップ1aは、実施の形態1にかかるクロック制御回路10に代えてクロック制御回路30を用いる。クロック制御回路30は、入力データDinと出力データDoとが異なる値となっている状態でクロック信号CKSの立ち上がりエッジが入力された場合に立ちあがる内部クロック信号CKxを生成する。   First, a block diagram of the flip-flop 1a according to the third embodiment is shown in FIG. 27, and the flip-flop 1a will be described. As shown in FIG. 27, the flip-flop 1a according to the third embodiment uses a clock control circuit 30 instead of the clock control circuit 10 according to the first embodiment. The clock control circuit 30 generates the internal clock signal CKx that rises when the rising edge of the clock signal CKS is input in a state where the input data Din and the output data Do are different values.

ここで、クロック制御回路30についてさらに詳細に説明する。図27に示すように、クロック制御回路30は、クロック制御回路10の内部クロック生成部12に代えて内部クロック生成部12aを有する。内部クロック生成部12aは、SRラッチ13の接続形態の変形例となるものである。より具体的には、内部クロック生成部12aでは、SRラッチ13のセット端子Sにクロック信号CKSが入力され、リセット端子Rに不一致検出信号S11が入力される。また、クロック制御回路30では、SRラッチ13の反転ラッチ出力端子QLBから反転内部クロック信号CKxBを出力し、反転内部クロック信号CKxBをインバータ14で反転した信号を内部クロック信号CKxとして用いる。   Here, the clock control circuit 30 will be described in more detail. As illustrated in FIG. 27, the clock control circuit 30 includes an internal clock generation unit 12 a instead of the internal clock generation unit 12 of the clock control circuit 10. The internal clock generation unit 12 a is a modification of the connection form of the SR latch 13. More specifically, in the internal clock generation unit 12a, the clock signal CKS is input to the set terminal S of the SR latch 13, and the mismatch detection signal S11 is input to the reset terminal R. In the clock control circuit 30, the inverted internal clock signal CKxB is output from the inverted latch output terminal QLB of the SR latch 13, and a signal obtained by inverting the inverted internal clock signal CKxB by the inverter 14 is used as the internal clock signal CKx.

ここで、内部クロック生成部12aへの入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表を図28に示す。図28に示すように、フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11がロウレベル(例えば、0)、かつ、クロック信号CKSがハイレベル(例えば、1)である場合、反転内部クロック信号CKxBをロウレベルとし、内部クロック信号CKxをハイレベルとする。フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11がハイレベル、かつ、クロック信号CKSがロウレベルである場合、反転内部クロック信号CKxBをハイレベルとし、内部クロック信号CKxをロウレベルとする。フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルである場合、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルとなる前の反転内部クロック信号CKxB及び内部クロック信号CKxの論理レベルを維持する。さらに、フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルである場合、反転内部クロック信号CKxBをロウレベルとし、内部クロック信号CKxをハイレベルとする。   Here, a truth table showing the relationship between the input value to the internal clock generation unit 12a and the internal clock signal is shown in FIG. As shown in FIG. 28, the internal clock generation unit 12a of the flip-flop 1a has an inverted internal clock when the mismatch detection signal S11 is at a low level (eg, 0) and the clock signal CKS is at a high level (eg, 1). The signal CKxB is set to low level, and the internal clock signal CKx is set to high level. The internal clock generator 12a of the flip-flop 1a sets the inverted internal clock signal CKxB to the high level and the internal clock signal CKx to the low level when the mismatch detection signal S11 is at the high level and the clock signal CKS is at the low level. When both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at the low level, the internal clock generation unit 12a of the flip-flop 1a generates the inverted internal clock signal CKxB and the internal clock signal before the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are both at the low level. The logic level of the clock signal CKx is maintained. Further, the internal clock generator 12a of the flip-flop 1a sets the inverted internal clock signal CKxB to a low level and the internal clock signal CKx to a high level when both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at a high level.

つまり、フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11が入力データDinと出力データDoとが不一致の状態のとき(例えば、不一致検出信号S11がハイレベルのとき)は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同様にクロック信号CKSと同じ論理レベルで内部クロック信号CKxをトグルする。一方、フリップフロップ1aの内部クロック生成部12aは、不一致検出信号S11が入力データDinと出力データDoとが一致の状態のとき(例えば、不一致検出信号S11がロウレベルのとき)は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同様にクロック信号CKSがトグルしても内部クロック信号CKxをハイレベルで維持する。   That is, the internal clock generation unit 12a of the flip-flop 1a is configured when the mismatch detection signal S11 does not match the input data Din and the output data Do (for example, when the mismatch detection signal S11 is at a high level). As with the flip-flop 1 according to 1, the internal clock signal CKx is toggled at the same logic level as the clock signal CKS. On the other hand, the internal clock generation unit 12a of the flip-flop 1a has the first embodiment when the mismatch detection signal S11 matches the input data Din and the output data Do (for example, when the mismatch detection signal S11 is at the low level). As with the flip-flop 1, the internal clock signal CKx is maintained at a high level even when the clock signal CKS is toggled.

図27及び図28を参照して説明したように、実施の形態3にかかるフリップフロップ1aは、クロック制御回路10内の各ブロックの接続関係を変形したクロック制御回路30を用いて実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同様の機能及び効果を実現するものである。   As described with reference to FIGS. 27 and 28, the flip-flop 1 a according to the third embodiment uses the clock control circuit 30 in which the connection relation of each block in the clock control circuit 10 is modified. This realizes the same functions and effects as those of the flip-flop 1.

続いて、実施の形態3にかかるフリップフロップ2aのブロック図を図29に示し、フリップフロップ2aについて説明する。図29に示すように、実施の形態3にかかるフリップフロップ2aは、実施の形態2にかかるクロック制御回路20に代えてクロック制御回路40を用いる。クロック制御回路40は、入力データDinと出力データDoとが異なる値となっている状態でクロック信号CKSの立ち下がりエッジが入力された場合に立ちあがる内部クロック信号CKxを生成する。   Next, a block diagram of the flip-flop 2a according to the third embodiment is shown in FIG. 29, and the flip-flop 2a will be described. As shown in FIG. 29, the flip-flop 2a according to the third embodiment uses a clock control circuit 40 instead of the clock control circuit 20 according to the second embodiment. The clock control circuit 40 generates the internal clock signal CKx that rises when the falling edge of the clock signal CKS is input in a state where the input data Din and the output data Do are different values.

ここで、クロック制御回路40についてさらに詳細に説明する。図29に示すように、クロック制御回路40は、クロック制御回路20の内部クロック生成部22の接続形態の変形例となるものである。より具体的には、内部クロック生成部22aでは、SRラッチ23のセット端子Sにクロック信号CKSが入力され、リセット端子Rに不一致検出信号S21が入力される。また、クロック制御回路40では、SRラッチ23の反転ラッチ出力端子QLBから内部クロック信号CKxを出力し、内部クロック信号CKxをインバータ24で反転した信号を反転内部クロック信号CKxBとして用いる。   Here, the clock control circuit 40 will be described in more detail. As shown in FIG. 29, the clock control circuit 40 is a modification of the connection form of the internal clock generation unit 22 of the clock control circuit 20. More specifically, in the internal clock generator 22a, the clock signal CKS is input to the set terminal S of the SR latch 23, and the mismatch detection signal S21 is input to the reset terminal R. In the clock control circuit 40, the internal clock signal CKx is output from the inverted latch output terminal QLB of the SR latch 23, and a signal obtained by inverting the internal clock signal CKx by the inverter 24 is used as the inverted internal clock signal CKxB.

ここで、内部クロック生成部22aへの入力値と内部クロック信号との関係を示す真理値表を図30に示す。図30に示すように、フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S21がロウレベル(例えば、0)、かつ、クロック信号CKSがハイレベル(例えば、1)である場合、内部クロック信号CKxをロウレベルとし、反転内部クロック信号CKxをハイレベルとする。フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S21がハイレベル、かつ、クロック信号CKSがロウレベルである場合、内部クロック信号CKxをハイレベルとし、反転内部クロック信号CKxBをロウレベルとする。フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルである場合、不一致検出信号S21及びクロック信号CKSがいずれもハイレベルとなる前の内部クロック信号CKx及び反転内部クロック信号CKxBの論理レベルを維持する。さらに、フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S11及びクロック信号CKSがいずれもロウレベルである場合、内部クロック信号CKxをハイレベルとし、反転内部クロック信号CKxBをハイレベルとする。   Here, FIG. 30 shows a truth table showing the relationship between the input value to the internal clock generation unit 22a and the internal clock signal. As shown in FIG. 30, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a has an internal clock signal when the mismatch detection signal S21 is at a low level (eg, 0) and the clock signal CKS is at a high level (eg, 1). CKx is set to low level and the inverted internal clock signal CKx is set to high level. When the mismatch detection signal S21 is high level and the clock signal CKS is low level, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a sets the internal clock signal CKx to high level and the inverted internal clock signal CKxB to low level. When both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at a high level, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a has the internal clock signal CKx before the mismatch detection signal S21 and the clock signal CKS are both at a high level. The logic level of the inverted internal clock signal CKxB is maintained. Further, when both the mismatch detection signal S11 and the clock signal CKS are at the low level, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a sets the internal clock signal CKx to the high level and the inverted internal clock signal CKxB to the high level.

つまり、フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S21が入力データDinと出力データDoとが不一致の状態のとき(例えば、不一致検出信号S11がロウレベルのとき)は、実施の形態2にかかるフリップフロップ2と同様にクロック信号CKSとは反転した論理レベルで内部クロック信号CKxをトグルする。一方、フリップフロップ2aの内部クロック生成部22aは、不一致検出信号S21が入力データDinと出力データDoとが一致の状態のとき(例えば、不一致検出信号S11がハイレベルのとき)は、実施の形態2にかかるフリップフロップ2と同様にクロック信号CKSがトグルしても内部クロック信号CKxをハイレベルで維持する。   That is, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a is configured so that the mismatch detection signal S21 is in a state where the input data Din and the output data Do do not match (for example, when the mismatch detection signal S11 is at a low level). As with the flip-flop 2, the internal clock signal CKx is toggled at a logic level inverted from that of the clock signal CKS. On the other hand, the internal clock generation unit 22a of the flip-flop 2a is configured when the mismatch detection signal S21 matches the input data Din and the output data Do (for example, when the mismatch detection signal S11 is at a high level). The internal clock signal CKx is maintained at a high level even when the clock signal CKS is toggled as in the flip-flop 2 according to 2.

図29及び図30を参照して説明したように、実施の形態3にかかるフリップフロップ2aは、クロック制御回路20内の各ブロックの接続関係を変形したクロック制御回路40を用いて実施の形態2にかかるフリップフロップ2と同様の機能及び効果を実現するものである。   As described with reference to FIGS. 29 and 30, the flip-flop 2 a according to the third embodiment uses the clock control circuit 40 in which the connection relation of each block in the clock control circuit 20 is modified. The same functions and effects as those of the flip-flop 2 according to the above are realized.

実施の形態4
実施の形態4では、データ保持部15としてスキャンテストに対応したデータ保持部15S(例えば、スキャンフリップフロップ)を用いた実施の形態について説明する。また、実施の形態4では、排他的論理和回路11の別の形態となる排他的論理和回路11aについても説明する。なお、実施の形態4の説明において上記実施の形態で説明した構成要素と同じ構成要素については上記実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
Embodiment 4
In the fourth embodiment, an embodiment in which a data holding unit 15S (for example, a scan flip-flop) corresponding to a scan test is used as the data holding unit 15 will be described. In the fourth embodiment, an exclusive OR circuit 11a which is another form of the exclusive OR circuit 11 will also be described. In the description of the fourth embodiment, the same components as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment, and the description thereof is omitted.

実施の形態4にかかるフリップフロップ3のブロック図を図31に示す。図31に示すように、実施の形態4にかかるフリップフロップ3は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1のクロック制御回路10及びデータ保持部15をクロック制御回路50及びデータ保持部15Sに置き換えたものである。   FIG. 31 is a block diagram of the flip-flop 3 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 31, in the flip-flop 3 according to the fourth embodiment, the clock control circuit 10 and the data holding unit 15 of the flip-flop 1 according to the first embodiment are replaced with the clock control circuit 50 and the data holding unit 15S. Is.

そこで、まず、データ保持部15Sについて説明する。スキャンテストでは、入力信号として入力データDinとスキャンデータSinが利用される。そのため、フリップフロップ3では入力データが第1の入力データ(例えば、入力データDin)と第2の入力データ(例えば、スキャンデータSin)を含む。そこで、図31に示すように、データ保持部15Sは、データ保持部15のマスターラッチMAをマスターラッチMASに置き換えたものである。このマスターラッチMASは、マスターラッチMAに、インバータINVs、INVse、トランスファースイッチTSWbs、TSWasを追加したものである。また、データ保持部15Sは、外部から与えられる選択信号SFTに応じて入力データDinとスキャンデータSinとのいずれかが伝達される第1の配線を有する。そして、データ保持部15Sは、第1の配線に伝達された被保持データを内部クロック信号CKxに応じて保持する。   First, the data holding unit 15S will be described. In the scan test, input data Din and scan data Sin are used as input signals. Therefore, in the flip-flop 3, the input data includes first input data (for example, input data Din) and second input data (for example, scan data Sin). Therefore, as shown in FIG. 31, the data holding unit 15S is obtained by replacing the master latch MA of the data holding unit 15 with a master latch MAS. The master latch MAS is obtained by adding inverters INVs and INVse and transfer switches TSWbs and TSWS to the master latch MA. Further, the data holding unit 15S has a first wiring through which either the input data Din or the scan data Sin is transmitted according to a selection signal SFT given from the outside. The data holding unit 15S holds the held data transmitted to the first wiring according to the internal clock signal CKx.

トランスファースイッチTSWbsは、インバータINV1の出力とトランスファースイッチTSWb1との間に設けられる。インバータINVsは、シフトデータSIが入力されるシフトデータ入力端子SIに入力が接続され、出力がトランスファースイッチTSWasを介してトランスファースイッチTSWb1に接続される。このトランスファースイッチTSWas、TSWbsと、トランスファースイッチTSWb1とを接続する配線が第1の配線に相当するものである。インバータINVseは、シフトイネーブル端子SEを介して外部から与えられる選択信号SFTを反転して反転選択信号SFTBを生成する。なお、選択信号SFTは、トランスファースイッチTSWas、TSWas及びSRラッチ13aに与えられる。また、反転選択信号SFTBは、トランスファースイッチTSWas、TSWasに与えられる。   The transfer switch TSWbs is provided between the output of the inverter INV1 and the transfer switch TSWb1. The inverter INVs has an input connected to the shift data input terminal SI to which the shift data SI is input, and an output connected to the transfer switch TSWb1 via the transfer switch TSWas. The wiring connecting the transfer switches TSWas, TSWbs and the transfer switch TSWb1 corresponds to the first wiring. The inverter INVse inverts the selection signal SFT given from the outside via the shift enable terminal SE to generate an inverted selection signal SFTB. The selection signal SFT is given to the transfer switches TSWas, TSWas and the SR latch 13a. Further, the inversion selection signal SFTB is given to the transfer switches TSWas and TSWas.

ここで、トランスファースイッチTSWas、TSWbsは、選択信号SFTに応じて排他的に導通状態となる。より具体的には、選択信号SFTがシフトデータSinの選択を指示するハイレベルの状態である場合、トランスファースイッチTSWasが導通状態となり、トランスファースイッチTSWbsが遮断状態となる。また、選択信号SFTが入力データDinの選択を指示するロウレベルの状態である場合、トランスファースイッチTSWasが遮断状態となり、トランスファースイッチTSWbsが導通状態となる。   Here, the transfer switches TSWas and TSWbs are exclusively turned on according to the selection signal SFT. More specifically, when the selection signal SFT is in a high level state instructing selection of the shift data Sin, the transfer switch TSWas is turned on and the transfer switch TSWbs is turned off. Further, when the selection signal SFT is in a low level state instructing selection of the input data Din, the transfer switch TSWas is cut off and the transfer switch TSWbs is turned on.

これにより、データ保持部15Sは、選択信号SFTがハイレベルの期間はシフトデータSinを内部クロック信号CKxに応じて保持し、選択信号SFTがロウレベルの期間は入力データDinを内部クロック信号CKxに応じて保持する。   Thereby, the data holding unit 15S holds the shift data Sin according to the internal clock signal CKx when the selection signal SFT is at a high level, and the input data Din according to the internal clock signal CKx when the selection signal SFT is at a low level. Hold.

続いて、クロック制御回路50は、実施の形態1のクロック制御回路10の不一致検出回路11及びSRラッチ13を不一致検出回路11a及びSRラッチ13aに置き換えたものである。実施の形態4にかかるフリップフロップ3では、不一致検出回路11aは、入力データとして入力データDinを参照し、入力データDinと出力データDoと不一致を検出して、不一致検出信号S11を出力する。不一致検出回路11aは、不一致検出回路11と同様に排他的論理和回路として動作するものであるが、回路構成が不一致検出回路11とはことなる。そこで、不一致検出回路11aの回路図を図32に示す。   Subsequently, the clock control circuit 50 is obtained by replacing the mismatch detection circuit 11 and the SR latch 13 of the clock control circuit 10 of the first embodiment with the mismatch detection circuit 11a and the SR latch 13a. In the flip-flop 3 according to the fourth embodiment, the mismatch detection circuit 11a refers to the input data Din as input data, detects a mismatch between the input data Din and the output data Do, and outputs a mismatch detection signal S11. The mismatch detection circuit 11a operates as an exclusive OR circuit like the mismatch detection circuit 11, but the circuit configuration is different from the mismatch detection circuit 11. A circuit diagram of the mismatch detection circuit 11a is shown in FIG.

図32に示すように、不一致検出回路11aは、トランスファースイッチ111a、111bを有する。トランスファースイッチ111aは、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートには、入力データDinを反転させた反転入力データDinBが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートには、入力データDinが与えられる。このトランスファースイッチ111aは、入力データDinがロウレベルである期間に導通状態となるスイッチ回路である。なお、実施の形態4では、図30に示すように、反転入力データDinBは、データ保持部15SのインバータINV1で入力データDinを反転して生成されるものである。   As shown in FIG. 32, the mismatch detection circuit 11a includes transfer switches 111a and 111b. The transfer switch 111a includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The inverted input data DinB obtained by inverting the input data Din is supplied to the gate of the NMOS transistor MN. Input data Din is supplied to the gate of the PMOS transistor MP. The transfer switch 111a is a switch circuit that becomes conductive during a period in which the input data Din is at a low level. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 30, the inverted input data DinB is generated by inverting the input data Din by the inverter INV1 of the data holding unit 15S.

また、トランスファースイッチ111bは、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートには、入力データDinが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートには、反転入力データDinBが与えられる。このトランスファースイッチ111bは、入力データDinがハイレベルである期間に導通状態となるスイッチ回路である。つまり、トランスファースイッチ111aと、トランスファースイッチ111bは、排他的に導通状態となる。   The transfer switch 111b includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The input data Din is given to the gate of the NMOS transistor MN. The inverted input data DinB is given to the gate of the PMOS transistor MP. The transfer switch 111b is a switch circuit that becomes conductive during a period in which the input data Din is at a high level. That is, the transfer switch 111a and the transfer switch 111b are exclusively connected.

そして、不一致検出回路11aでは、トランスファースイッチ111aに出力データDoを与え、トランスファースイッチ111bにインバータINV6の入力信号として与えられる反転出力データDoBを与える。この反転出力データDoBは、インバータINV6で反転される前の出力データDoであり、出力データDoとは反転した論理レベルを有する。   In the mismatch detection circuit 11a, the output data Do is given to the transfer switch 111a, and the inverted output data DoB given as the input signal of the inverter INV6 is given to the transfer switch 111b. The inverted output data DoB is the output data Do before being inverted by the inverter INV6, and has a logic level inverted from that of the output data Do.

この不一致検出回路11aは、入力データDinがロウレベルである場合、トランスファースイッチ111aが導通状態となり、かつ、トランスファースイッチ111bが遮断状態となり、出力データDoの論理レベルに応じた不一致検出信号S11を出力する。また、不一致検出回路11aは、入力データDinがハイレベルである場合、トランスファースイッチ111aが遮断状態となり、かつ、トランスファースイッチ111bが導通状態となり、反転出力データDoBの論理レベルに応じた不一致検出信号S11を出力する。つまり、不一致検出回路11aは、入力データDinと出力データDoとが共にロウレベルであれば、トランスファースイッチ111aを介してロウレベルの不一致検出信号S11を出力する。不一致検出回路11aは、入力データDinと出力データDoとが共にハイレベルであれば、トランスファースイッチ111bを介してロウレベルの不一致検出信号S11を出力する。また、不一致検出回路11aは、入力データDinがロウレベルかつ出力データDoがハイレベルであれば、トランスファースイッチ111aを介してハイレベルの不一致検出信号S11を出力する。不一致検出回路11aは、入力データDinがハイレベルかつ出力データDoがロウレベルであれば、トランスファースイッチ111bを介してハイレベルの不一致検出信号S11を出力する。   When the input data Din is at a low level, the mismatch detection circuit 11a turns on the transfer switch 111a and turns off the transfer switch 111b, and outputs a mismatch detection signal S11 according to the logic level of the output data Do. . Further, the mismatch detection circuit 11a is configured such that when the input data Din is at a high level, the transfer switch 111a is cut off and the transfer switch 111b is turned on, and the mismatch detection signal S11 according to the logic level of the inverted output data DoB. Is output. That is, if the input data Din and the output data Do are both low level, the mismatch detection circuit 11a outputs a low level mismatch detection signal S11 via the transfer switch 111a. The mismatch detection circuit 11a outputs a low level mismatch detection signal S11 via the transfer switch 111b when both the input data Din and the output data Do are at a high level. The mismatch detection circuit 11a outputs a high level mismatch detection signal S11 via the transfer switch 111a when the input data Din is at a low level and the output data Do is at a high level. If the input data Din is at a high level and the output data Do is at a low level, the mismatch detection circuit 11a outputs a high level mismatch detection signal S11 through the transfer switch 111b.

上記したように、不一致検出回路11aは、図3で示した不一致検出回路11と同じく排他的論理和回路として動作するものでありながら、回路素子を削減することができる。   As described above, the mismatch detection circuit 11a operates as an exclusive OR circuit like the mismatch detection circuit 11 shown in FIG. 3, but can reduce circuit elements.

続いて、SRラッチ13aについて説明する。SRラッチ13aは、実施の形態1にかかるSRラッチ13に選択信号SFTに応じてクロック信号CKSのゲーティング機能を停止させる機能を追加したものである。つまり、SRラッチ13aは、選択信号SFTがスキャンデータSinを選択することを示す場合、不一致検出信号S11の論理レベルによらず、クロック信号CKSの論理レベルの変化に対応して論理レベルが変化する内部クロック信号CKxを生成する。そこで、SRラッチ13aの詳細な回路図を図33に示す。   Next, the SR latch 13a will be described. The SR latch 13a is obtained by adding a function of stopping the gating function of the clock signal CKS to the SR latch 13 according to the first embodiment in accordance with the selection signal SFT. That is, when the selection signal SFT indicates that the scan data Sin is selected, the SR latch 13a changes the logic level in response to the change in the logic level of the clock signal CKS regardless of the logic level of the mismatch detection signal S11. An internal clock signal CKx is generated. FIG. 33 shows a detailed circuit diagram of the SR latch 13a.

図33に示すように、SRラッチ13aは、反転論理和回路NOR2を反転論理和回路NOR2Sに置き換えたものである。反転論理和回路NOR2Sは、反転論理和回路NOR2に第5のトランジスタ(例えば、PMOSトランジスタP37)と第6のトランジスタ(例えば、NMOSトランジスタN36)を追加したものである。   As shown in FIG. 33, the SR latch 13a is obtained by replacing the inverting OR circuit NOR2 with the inverting OR circuit NOR2S. The inverting OR circuit NOR2S is obtained by adding a fifth transistor (for example, PMOS transistor P37) and a sixth transistor (for example, NMOS transistor N36) to the inverting OR circuit NOR2.

PMOSトランジスタP37は、選択信号SFTを反転した反転選択信号SFTBが制御端子に与えられ、PMOSトランジスタP17と並列に接続される。NMOSトランジスタN37は、反転選択信号SFTBが制御端子(例えば、ゲート端子)に与えられ、NMOSトランジスタN17の第1の端子(例えば、ソース端子)と接地端子との間に接続される。   The PMOS transistor P37 is connected to the PMOS transistor P17 in parallel by receiving the inverted selection signal SFTB obtained by inverting the selection signal SFT at the control terminal. In the NMOS transistor N37, the inverted selection signal SFTB is supplied to a control terminal (eg, gate terminal), and is connected between the first terminal (eg, source terminal) of the NMOS transistor N17 and the ground terminal.

SRラッチ13aは、選択信号SFTがシフトデータSinを選択するハイレベルある状態で、反転選択信号SFTBがロウレベルとなるため、PMOSトランジスタP37がオン状態、かつ、NMOSトランジスタN37がオフ状態となる。これにより、SRラッチ13aは、選択信号SFTがシフトデータSinの選択を指示している期間は、PMOSトランジスタP17及びNMOSトランジスタN17が無効状態なり、PMOSトランジスタP18及びNMOSトランジスタN18により構成されるインバータとして機能する。つまり、SRラッチ13aは、選択信号SFTの論理レベルによりクロック信号CKのゲーティング機能を無効とするか有効とするかを切り替えることができる。   In the SR latch 13a, since the selection signal SFT is at a high level for selecting the shift data Sin and the inverted selection signal SFTB is at a low level, the PMOS transistor P37 is turned on and the NMOS transistor N37 is turned off. As a result, the SR latch 13a operates as an inverter constituted by the PMOS transistor P18 and the NMOS transistor N18 during the period in which the selection signal SFT instructs the selection of the shift data Sin, and the PMOS transistor P17 and the NMOS transistor N17 are disabled. Function. That is, the SR latch 13a can switch whether to disable or enable the gating function of the clock signal CK according to the logic level of the selection signal SFT.

なお、スキャンテストでは、シフトデータSinとしてトグル率の高い信号が入力されるため、入力データと出力データとの遷移によりクロック信号CKをゲーティングすることの効果が小さい。そのため、スキャンテスト時にクロック制御回路50によるクロック信号CKのゲーティング機能を無効にしても消費電力の違いは小さい。   In the scan test, since a signal with a high toggle rate is input as the shift data Sin, the effect of gating the clock signal CK by transition between input data and output data is small. Therefore, even if the gating function of the clock signal CK by the clock control circuit 50 is disabled during the scan test, the difference in power consumption is small.

また、実施の形態4にかかるフリップフロップ3は、選択信号SFTの論理レベルによりクロック信号CKのゲーティング機能を無効とするか有効とするかを切り替える機能を実現しながら、回路面積を小さくすることができる。そこで、回路面積について説明するために、実施の形態1にかかるクロック制御回路10とデータ保持部15Sとを用いてフリップフロップを構成した場合のブロック図を図34に示す。   Further, the flip-flop 3 according to the fourth embodiment reduces the circuit area while realizing the function of switching the gating function of the clock signal CK to be invalid or valid according to the logic level of the selection signal SFT. Can do. Therefore, in order to explain the circuit area, FIG. 34 shows a block diagram when a flip-flop is configured using the clock control circuit 10 according to the first embodiment and the data holding unit 15S.

なお、図34に示す例では、クロック制御回路10の不一致検出回路11に代えて不一致検出回路11aを用いたクロック制御回路10aを示した。また、図34に示すフリップフロップを以下ではフリップフロップ300と称す。   In the example shown in FIG. 34, the clock control circuit 10a using the mismatch detection circuit 11a instead of the mismatch detection circuit 11 of the clock control circuit 10 is shown. The flip-flop shown in FIG. 34 is hereinafter referred to as a flip-flop 300.

図34に示すように、フリップフロップ300では、入力データDinとシフトデータSinの両方を参照すべき入力データとするために、トランスファースイッチTSWas、TSWasと、トランスファースイッチTSWb1と、の間にインバータINVa、INVbを設ける。図34では、インバータINVa、INVbを有するマスターラッチをマスターラッチMAScと示し、データ保持部をデータ保持部15Scと示した。そして、インバータINVbの入力から入力データDin及びシフトデータSinと同じ論理レベルのモニタ信号Xを得る。また、インバータINVbの出力から反転入力データDinB及び反転シフトデータSinBと同じ論理レベルの反転モニタ信号XBを得る。このような構成とすることでフリップフロップ300は、フリップフロップ3と同じ論理でデータ保持部15Scにデータを保持させることができる。   As shown in FIG. 34, in the flip-flop 300, in order to use both input data Din and shift data Sin as input data to be referred to, inverters INVa, TSWas between the transfer switches TSWas and TSWas and the transfer switch TSWb1 are used. INVb is provided. In FIG. 34, the master latch having the inverters INVa and INVb is shown as a master latch MASc, and the data holding unit is shown as a data holding unit 15Sc. Then, the monitor signal X having the same logic level as that of the input data Din and the shift data Sin is obtained from the input of the inverter INVb. Further, an inverted monitor signal XB having the same logic level as that of the inverted input data DinB and the inverted shift data SinB is obtained from the output of the inverter INVb. With this configuration, the flip-flop 300 can hold data in the data holding unit 15Sc with the same logic as the flip-flop 3.

この図34に示す例では、インバータを2つのトランジスタにより構成した場合、実施の形態4にかかるデータ保持部15Sに対して4つのトランジスタが追加される。一方、図34に示したクロック制御回路10aは、図31に示したクロック制御回路50に対して、SRラッチにおいてトランジスタを2つ少なくできる。つまり、実施の形態4にかかるフリップフロップ3は、図34に示したフリップフロップ300よりもトランジスタを削減することができる。このように、実施の形態4にかかるフリップフロップ3は、トランジスタ数が少ないスキャンテストに対応したフリップフロップを実現することができる。   In the example shown in FIG. 34, when the inverter is configured by two transistors, four transistors are added to the data holding unit 15S according to the fourth embodiment. On the other hand, the clock control circuit 10a shown in FIG. 34 can reduce the number of transistors in the SR latch by two as compared with the clock control circuit 50 shown in FIG. In other words, the flip-flop 3 according to the fourth embodiment can have fewer transistors than the flip-flop 300 shown in FIG. Thus, the flip-flop 3 according to the fourth embodiment can realize a flip-flop corresponding to a scan test with a small number of transistors.

なお、ここで、不一致検出回路11から不一致検出回路11aへの変形と同様の変形を不一致検出回路21に施した不一致検出回路21a及びSRラッチ13からSRラッチ13aへの変形と同様の変形をSRラッチ23に施したSRラッチ23aについて説明する。   Here, the same deformation as the deformation from the inconsistency detection circuit 11 to the inconsistency detection circuit 11a is applied to the inconsistency detection circuit 21, and the same deformation as the deformation from the SR latch 13 to the SR latch 13a is performed. The SR latch 23a applied to the latch 23 will be described.

そこで、不一致検出回路21aの詳細な回路図を図35に示す。図35に示すように、不一致検出回路21aは、トランスファースイッチ211a、211bを有する。トランスファースイッチ211aは、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートには、入力データDinが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートには、入力データDinを反転させた反転入力データDinBが与えられる。このトランスファースイッチ111aは、入力データDinがハイレベルである期間に導通状態となるスイッチ回路である。なお、実施の形態4では、図30に示すように、反転入力データDinBは、データ保持部15SのインバータINV1で入力データDinを反転して生成されるものである。   A detailed circuit diagram of the mismatch detection circuit 21a is shown in FIG. As shown in FIG. 35, the mismatch detection circuit 21a includes transfer switches 211a and 211b. The transfer switch 211a includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The input data Din is given to the gate of the NMOS transistor MN. The inverted input data DinB obtained by inverting the input data Din is given to the gate of the PMOS transistor MP. The transfer switch 111a is a switch circuit that becomes conductive during a period in which the input data Din is at a high level. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 30, the inverted input data DinB is generated by inverting the input data Din by the inverter INV1 of the data holding unit 15S.

また、トランスファースイッチ211bは、NMOSトランジスタMN、PMOSトランジスタMPを有する。そして、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの一方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの一方とは、互いに接続される。また、NMOSトランジスタMNのソース・ドレインの他方とPMOSトランジスタMPのソース・ドレインの他方とは、互いに接続される。そして、NMOSトランジスタMNのゲートには、反転入力データDinBが与えられる。PMOSトランジスタMPのゲートには、入力データDinが与えられる。このトランスファースイッチ211bは、入力データDinがロウレベルである期間に導通状態となるスイッチ回路である。つまり、トランスファースイッチ211aと、トランスファースイッチ211bは、排他的に導通状態となる。   The transfer switch 211b includes an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP. Then, one of the source / drain of the NMOS transistor MN and one of the source / drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The other of the source and drain of the NMOS transistor MN and the other of the source and drain of the PMOS transistor MP are connected to each other. The inverted input data DinB is given to the gate of the NMOS transistor MN. Input data Din is supplied to the gate of the PMOS transistor MP. The transfer switch 211b is a switch circuit that becomes conductive during a period in which the input data Din is at a low level. That is, the transfer switch 211a and the transfer switch 211b are exclusively in a conductive state.

そして、不一致検出回路21aでは、トランスファースイッチ211aに出力データDoを与え、トランスファースイッチ211bにインバータINV6の入力信号として与えられる反転出力データDoBを与える。この反転出力データDoBは、インバータINV6で反転される前の出力データDoであり、出力データDoとは反転した論理レベルを有する。   In the mismatch detection circuit 21a, the output data Do is given to the transfer switch 211a, and the inverted output data DoB given as an input signal of the inverter INV6 is given to the transfer switch 211b. The inverted output data DoB is the output data Do before being inverted by the inverter INV6, and has a logic level inverted from that of the output data Do.

この不一致検出回路21aは、入力データDinがハイレベルである場合、トランスファースイッチ211aが導通状態となり、かつ、トランスファースイッチ211bが遮断状態となり、反転出力データDoBの論理レベルに応じた不一致検出信号S21を出力する。また、不一致検出回路21aは、入力データDinがロウレベルである場合、トランスファースイッチ211aが遮断状態となり、かつ、トランスファースイッチ211bが導通状態となり、出力データDoの論理レベルに応じた不一致検出信号S21を出力する。つまり、不一致検出回路21aは、入力データDinと出力データDoとが共にロウレベルであれば、トランスファースイッチ211bを介してハイレベルの不一致検出信号S21を出力する。不一致検出回路21aは、入力データDinと出力データDoとが共にハイレベルであれば、トランスファースイッチ211aを介してハイレベルの不一致検出信号S21を出力する。また、不一致検出回路21aは、入力データDinがハイレベルかつ出力データDoがロウレベルであれば、トランスファースイッチ211aを介してロウレベルの不一致検出信号S21を出力する。不一致検出回路21aは、入力データDinがロウレベルかつ出力データDoがハイレベルであれば、トランスファースイッチ211bを介してロウレベルの不一致検出信号S21を出力する。   When the input data Din is at a high level, the mismatch detection circuit 21a generates a mismatch detection signal S21 corresponding to the logic level of the inverted output data DoB, with the transfer switch 211a being in a conductive state and the transfer switch 211b being in a cutoff state. Output. Further, when the input data Din is at the low level, the mismatch detection circuit 21a outputs the mismatch detection signal S21 according to the logic level of the output data Do when the transfer switch 211a is cut off and the transfer switch 211b is turned on. To do. That is, if the input data Din and the output data Do are both low level, the mismatch detection circuit 21a outputs a high level mismatch detection signal S21 via the transfer switch 211b. If both the input data Din and the output data Do are at a high level, the mismatch detection circuit 21a outputs a high level mismatch detection signal S21 via the transfer switch 211a. The mismatch detection circuit 21a outputs a low level mismatch detection signal S21 via the transfer switch 211a when the input data Din is at a high level and the output data Do is at a low level. If the input data Din is low level and the output data Do is high level, the mismatch detection circuit 21a outputs a low level mismatch detection signal S21 via the transfer switch 211b.

上記したように、不一致検出回路21aは、図23で示した不一致検出回路21と同じく排他的反転論理和回路として動作するものでありながら、回路素子を削減することができる。   As described above, the mismatch detection circuit 21a operates as an exclusive inversion OR circuit like the mismatch detection circuit 21 shown in FIG. 23, but can reduce circuit elements.

続いて、SRラッチ23aについて説明する。SRラッチ23aは、実施の形態2にかかるSRラッチ23に選択信号SFTに応じてクロック信号CKSのゲーティング機能を停止させる機能を追加したものである。そこで、SRラッチ23aの詳細な回路図を図36に示す。   Next, the SR latch 23a will be described. The SR latch 23a is obtained by adding a function of stopping the gating function of the clock signal CKS in accordance with the selection signal SFT to the SR latch 23 according to the second embodiment. A detailed circuit diagram of the SR latch 23a is shown in FIG.

図36に示すように、SRラッチ23aは、反転論理積回路NAND2を反転論理積回路NAND2Sに置き換えたものである。反転論理積回路NAND2Sは、反転論理積回路NAND2に第5のトランジスタ(例えば、PMOSトランジスタP47)と第6のトランジスタ(例えば、NMOSトランジスタN46)を追加したものである。   As shown in FIG. 36, the SR latch 23a is obtained by replacing the inverting AND circuit NAND2 with an inverting AND circuit NAND2S. The NAND circuit NAND2S is obtained by adding a fifth transistor (for example, a PMOS transistor P47) and a sixth transistor (for example, an NMOS transistor N46) to the NAND circuit NAND2.

PMOSトランジスタP47は、選択信号SFTが制御端子(例えば、ゲート端子)に与えられ、PMOSトランジスタP27の第1の端子(例えば、ソース端子)と電源端子との間に接続される。NMOSトランジスタN47は、選択信号SFTが制御端子(例えば、ゲート端子)に与えられ、NMOSトランジスタN28と並列に接続される。   In the PMOS transistor P47, the selection signal SFT is supplied to a control terminal (for example, a gate terminal), and is connected between a first terminal (for example, a source terminal) of the PMOS transistor P27 and a power supply terminal. The NMOS transistor N47 is connected to the NMOS transistor N28 in parallel by the selection signal SFT being given to the control terminal (for example, gate terminal).

SRラッチ23aは、選択信号SFTがシフトデータSinを選択するハイレベルある状態で、PMOSトランジスタP47がオフ状態、かつ、NMOSトランジスタN47がオン状態となる。これにより、SRラッチ23aは、選択信号SFTがシフトデータSinの選択を指示している期間は、PMOSトランジスタP27及びNMOSトランジスタN27が無効状態なり、PMOSトランジスタP28及びNMOSトランジスタN28により構成されるインバータとして機能する。つまり、SRラッチ23aは、選択信号SFTの論理レベルによりクロック信号CKのゲーティング機能を無効とするか有効とするかを切り替えることができる。   In the SR latch 23a, the PMOS transistor P47 is turned off and the NMOS transistor N47 is turned on while the selection signal SFT is at a high level for selecting the shift data Sin. As a result, the SR latch 23a operates as an inverter composed of the PMOS transistor P28 and the NMOS transistor N28 during the period in which the selection signal SFT instructs the selection of the shift data Sin, so that the PMOS transistor P27 and the NMOS transistor N27 are disabled. Function. That is, the SR latch 23a can switch whether to disable or enable the gating function of the clock signal CK according to the logic level of the selection signal SFT.

実施の形態5
実施の形態5にかかるフリップフロップ4のブロック図を図37に示す。図37に示すように、実施の形態5にかかるフリップフロップ4は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1の変形例を示すものである。なお、実施の形態4の説明において上記実施の形態で説明した構成要素と同じ構成要素については上記実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
Embodiment 5
FIG. 37 shows a block diagram of the flip-flop 4 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 37, the flip-flop 4 according to the fifth embodiment is a modification of the flip-flop 1 according to the first embodiment. In the description of the fourth embodiment, the same components as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment, and the description thereof is omitted.

図37に示すように、実施の形態5にかかるフリップフロップ4は、不一致検出回路11に代えて不一致検出回路11aを有するクロック制御回路10aを有する。そして、不一致検出回路11aは、入力側のデータとして入力データDin及び反転入力データDinBを参照し、出力側のデータとしてマスターラッチMAの保持値(例えば、保持値X及び反転保持値XB)を参照する。そして、不一致検出回路11aは、入力データDinとマスターラッチの保持値Xとの不一致を検出して、不一致検出信号S11を出力する。   As shown in FIG. 37, the flip-flop 4 according to the fifth embodiment includes a clock control circuit 10a having a mismatch detection circuit 11a instead of the mismatch detection circuit 11. Then, the mismatch detection circuit 11a refers to the input data Din and the inverted input data DinB as the data on the input side, and refers to the holding values (for example, the holding value X and the inverted holding value XB) of the master latch MA as the output side data. To do. The mismatch detection circuit 11a detects a mismatch between the input data Din and the held value X of the master latch, and outputs a mismatch detection signal S11.

ここで、実施の形態1にかかるフリップフロップ1のクロック制御回路10として10aを用いたフリップフロップ400のブロック図を図38に示す。図38に示すように、フリップフロップ400では、不一致検出回路11aが、入力側データとして入力データDin及び反転入力データDinBを参照し、出力側のデータとして出力データDo及び反転出力データDoBを参照する。   A block diagram of a flip-flop 400 using 10a as the clock control circuit 10 of the flip-flop 1 according to the first embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 38, in the flip-flop 400, the mismatch detection circuit 11a refers to the input data Din and the inverted input data DinB as the input side data, and refers to the output data Do and the inverted output data DoB as the output side data. .

つまり、実施の形態5にかかるフリップフロップ4では、フリップフロップ400とは不一致検出回路11aが参照する信号が異なる。これにより、実施の形態5にかかるフリップフロップ4では、レイアウトの容易性を向上させることができる。そこで、フリップフロップ4のレイアウトの概略図を図39に示し、フリップフロップ400のレイアウトの概略図を図40に示す。   That is, the flip-flop 4 according to the fifth embodiment differs from the flip-flop 400 in the signal referred to by the mismatch detection circuit 11a. Thereby, in the flip-flop 4 according to the fifth embodiment, the ease of layout can be improved. Therefore, a schematic diagram of the layout of the flip-flop 4 is shown in FIG. 39, and a schematic diagram of the layout of the flip-flop 400 is shown in FIG.

図39及び図40に示すように、フリップフロップは、マスターラッチを挟んでクロック制御回路とスレーブラッチとを配置する。このような配置とすることで、入力データDin及び反転入力データDinBを伝達する配線、及び、マスターラッチからスレーブラッチへの信号Moを伝達する配線の長さを短くすることができる。   As shown in FIGS. 39 and 40, in the flip-flop, a clock control circuit and a slave latch are arranged with a master latch interposed therebetween. With such an arrangement, it is possible to shorten the length of the wiring that transmits the input data Din and the inverted input data DinB and the wiring that transmits the signal Mo from the master latch to the slave latch.

ここで、実施の形態5にかかるフリップフロップ4では、クロック制御回路の不一致検出回路11aが参照する出力側のデータがマスターラッチの保持値X及び反転保持値XBである。そのため、図39に示すように、フリップフロップ4では、保持値X及び反転保持値XBを伝達する配線は隣接する領域を接続するのみである。   Here, in the flip-flop 4 according to the fifth embodiment, the output-side data referred to by the mismatch detection circuit 11a of the clock control circuit is the hold value X and the inverted hold value XB of the master latch. Therefore, as shown in FIG. 39, in the flip-flop 4, the wiring for transmitting the hold value X and the inverted hold value XB only connects adjacent regions.

一方、フリップフロップ400では、出力データDo及び反転出力データDoBを伝達する配線をマスターラッチを跨いで配線する必要がある。つまり、フリップフロップ400では、レイアウトセルを跨いで配線を行わなければならない配線の数がフリップフロップ4よりも多くなる。   On the other hand, in the flip-flop 400, it is necessary to wire the wiring for transmitting the output data Do and the inverted output data DoB across the master latch. That is, in the flip-flop 400, the number of wirings that must be wired across the layout cells is larger than that in the flip-flop 4.

ここで、実施の形態5にかかるフリップフロップ4の動作について説明する。実施の形態5にかかるフリップフロップ4の動作を示すタイミングチャートを図41に示す。図41に示すように、フリップフロップ4の動作は、不一致検出信号S11のパルス幅が図8に示した実施の形態1にかかるフリップフロップ1よりも狭くなっている他は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と同じである。実施の形態5にかかるフリップフロップ4では、不一致検出回路11aが出力側データとしてマスターラッチMAの保持値X及び反転保持値Xを参照する。そのため、フリップフロップ4では、入力データDinの信号レベルに変化が生じたことに応じて内部クロック信号CKxがハイレベルからロウレベルに遷移した後に、マスターラッチMAが保持値を更新するまでの期間のみ不一致検出信号S11がハイレベルとなる。しかしながら、SRラッチ13は、不一致検出信号S11が一度ハイレベルになり内部クロック信号CKxをハイレベルに遷移させた後は、クロック信号CKSがハイレベルとなるまで内部クロック信号CKxをハイレベルで維持する。そのため、不一致検出信号S11のパルス幅が狭くなっても実質的な動作に問題は生じず、実施の形態5にかかるフリップフロップ4は、実施の形態1にかかるフリップフロップ1と実質的に同じ動作を行うことができる。   Here, the operation of the flip-flop 4 according to the fifth embodiment will be described. FIG. 41 shows a timing chart showing the operation of the flip-flop 4 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 41, the operation of the flip-flop 4 is the same as that of the first embodiment except that the pulse width of the mismatch detection signal S11 is narrower than that of the flip-flop 1 according to the first embodiment shown in FIG. This is the same as the flip-flop 1. In the flip-flop 4 according to the fifth embodiment, the mismatch detection circuit 11a refers to the holding value X and the inverted holding value X of the master latch MA as output side data. Therefore, in the flip-flop 4, only a period until the master latch MA updates the hold value after the internal clock signal CKx transits from the high level to the low level in response to the change in the signal level of the input data Din. The detection signal S11 becomes high level. However, the SR latch 13 maintains the internal clock signal CKx at the high level until the clock signal CKS becomes the high level after the mismatch detection signal S11 once becomes the high level and the internal clock signal CKx transits to the high level. . Therefore, even if the pulse width of the mismatch detection signal S11 becomes narrow, no problem occurs in the substantial operation, and the flip-flop 4 according to the fifth embodiment operates substantially the same as the flip-flop 1 according to the first embodiment. It can be performed.

上記説明より、実施の形態5にかかるフリップフロップ4では、レイアウトセルを跨いで配線する配線数を削減できる。これにより、実施の形態5にかかるフリップフロップ4は、高い配線性を実現し、レイアウトの容易性を向上させることができる。   From the above description, in the flip-flop 4 according to the fifth exemplary embodiment, the number of wirings arranged across the layout cells can be reduced. As a result, the flip-flop 4 according to the fifth embodiment can achieve high wiring properties and improve the ease of layout.

実施の形態6
実施の形態6では、上記実施の形態において説明したフリップフロップ1〜4の具体的な利用形態について説明する。以下の説明では第1の例から第3の例の3つの利用形態について説明する。また、以下の説明では、フリップフロップ1〜4の利用形態として、フリップフロップ1を利用した半導体装置の例を説明する。
Embodiment 6
In the sixth embodiment, a specific usage mode of the flip-flops 1 to 4 described in the above embodiment will be described. In the following description, three usage modes from the first example to the third example will be described. Further, in the following description, an example of a semiconductor device using the flip-flop 1 will be described as a usage form of the flip-flops 1 to 4.

まず、図42に実施の形態1にかかるフリップフロップ1を含む半導体装置の第1の例となる回路構成を示す半導体装置8aのブロック図の第1の例を示す。図42に示すように、半導体装置8aは、クロックツリー及びゲーティングバッファを介して複数のフリップフロップ1にクロック信号CKSを供給する。そして、半導体装置8a複数のフリップフロップ1の出力信号を論理回路に与えることで各種演算を実行する。また、半導体装置8aは、ゲーティングバッファにクロック信号CKSを後段回路に伝達するか、遮断するかの指示を与える制御信号生成部を有する。この制御信号生成部は、図42の例では、論理回路が処理結果に応じて出力する信号に基づきゲーティングバッファに与える制御信号を生成する。   First, FIG. 42 shows a first example of a block diagram of a semiconductor device 8a showing a circuit configuration as a first example of a semiconductor device including the flip-flop 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 42, the semiconductor device 8a supplies the clock signal CKS to the plurality of flip-flops 1 through the clock tree and the gating buffer. Then, various operations are executed by supplying output signals of the plurality of flip-flops 1 to the logic circuit. In addition, the semiconductor device 8a includes a control signal generation unit that gives an instruction to the gating buffer whether to transmit the clock signal CKS to the subsequent circuit or to block it. In the example of FIG. 42, the control signal generation unit generates a control signal to be given to the gating buffer based on a signal output from the logic circuit according to the processing result.

このように、ゲーティングバッファを設けることで、フリップフロップ1に供給されるクロック信号CKSのトグルを抑制することができる。しかし、このような場合においてもフリップフロップ1を用いることで入力データDinに基づく内部クロック信号CKxのトグル頻度の抑制を行うことができる。つまり、フリップフロップ1を用いることで、ゲーティングバッファによるクロック制御を行う場合よりもさらに半導体装置の消費電力を抑制することができる。   As described above, by providing the gating buffer, the toggle of the clock signal CKS supplied to the flip-flop 1 can be suppressed. However, even in such a case, it is possible to suppress the toggle frequency of the internal clock signal CKx based on the input data Din by using the flip-flop 1. In other words, by using the flip-flop 1, it is possible to further reduce the power consumption of the semiconductor device as compared with the case where the clock control is performed by the gating buffer.

続いて、図43に実施の形態1にかかるフリップフロップ1を含む半導体装置の第2の例となる回路構成を示す半導体装置8bのブロック図を示す。図43に示すように、半導体装置8bは、図42に示した半導体装置8aのゲーティングバッファをクロックツリー中に含まれるクロックバッファに置き換えたものである。つまり、半導体装置8bは、複数のフリップフロップ1がそれぞれ直接クロックツリーからクロック信号CKSの供給を受ける。   Next, FIG. 43 shows a block diagram of a semiconductor device 8b showing a circuit configuration as a second example of the semiconductor device including the flip-flop 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 43, the semiconductor device 8b is obtained by replacing the gating buffer of the semiconductor device 8a shown in FIG. 42 with a clock buffer included in the clock tree. That is, in the semiconductor device 8b, each of the plurality of flip-flops 1 is directly supplied with the clock signal CKS from the clock tree.

ゲーティングバッファは、一般的に駆動能力のばらつきが大きいため、このばらつきを考慮してクロックバッファよりも大きな素子により回路が構成される。そのため、半導体装置8bは、半導体装置8aよりも回路規模を削減することができる。このような場合に、実施の形態1にかかるフリップフロップ1を利用することで、入力データDinの変化がない状態(つまり、ゲーティングバッファによりフリップフロップへのクロック信号CKSの供給を停止できる状態)における半導体装置8bの消費電力を削減できる。また、消費電力の削減の程度は、ゲーティングバッファを介して一般的なフリップフロップ200にクロック信号CKSを供給した場合以下とすることができる程度である。   Since the gating buffer generally has a large variation in driving capability, a circuit is configured with elements larger than the clock buffer in consideration of the variation. Therefore, the semiconductor device 8b can reduce the circuit scale as compared with the semiconductor device 8a. In such a case, the input data Din is not changed by using the flip-flop 1 according to the first embodiment (that is, the supply of the clock signal CKS to the flip-flop can be stopped by the gating buffer). The power consumption of the semiconductor device 8b can be reduced. Further, the power consumption can be reduced to the following level when the clock signal CKS is supplied to the general flip-flop 200 via the gating buffer.

続いて、図44に実施の形態1にかかるフリップフロップを含む半導体装置の第3の例となるの回路構成を示す半導体装置8cのブロック図を示す。図44に示すように、半導体装置8cは、演算部(例えば、CPUコア81)、割込制御部82、ROM(Read Only Memory)83、RAM(Random Access Memory)84、タイマー85、アナログデジタル変換回路86、入出力インタフェース87を有する。   Subsequently, FIG. 44 shows a block diagram of a semiconductor device 8c showing a circuit configuration of a third example of the semiconductor device including the flip-flop according to the first embodiment. As shown in FIG. 44, the semiconductor device 8c includes a calculation unit (for example, a CPU core 81), an interrupt control unit 82, a ROM (Read Only Memory) 83, a RAM (Random Access Memory) 84, a timer 85, an analog-digital conversion. A circuit 86 and an input / output interface 87 are provided.

CPUコア81は、図示しないプログラム格納部、或いは、ROM83等に格納されているプログラムに基づき演算動作を行う。ROM83、RAM84、タイマー85、アナログデジタル変換回路86、入出力インタフェース87は、CPUコア81に利用される周辺回路である。そして、半導体装置8cでは、CPUコア81と周辺回路がローカルバスBUSを介して互いに接続される。割り込み制御部82は、周辺回路がエラーの発生を通知するエラー信号ERRに基づき割込要求INTを発行する。半導体装置8cでは、CPUコア81は、割込要求INTが発行されると当該エラーに対処するための割込処理を実行し、発生したエラーに対する復帰処理等を行う。   The CPU core 81 performs a calculation operation based on a program storage unit (not shown) or a program stored in the ROM 83 or the like. The ROM 83, RAM 84, timer 85, analog / digital conversion circuit 86, and input / output interface 87 are peripheral circuits used for the CPU core 81. In the semiconductor device 8c, the CPU core 81 and the peripheral circuit are connected to each other via the local bus BUS. The interrupt control unit 82 issues an interrupt request INT based on the error signal ERR that the peripheral circuit notifies of the occurrence of an error. In the semiconductor device 8c, when an interrupt request INT is issued, the CPU core 81 executes an interrupt process for dealing with the error, and performs a return process for the generated error.

ここで、割り込み制御部82には、実施の形態1にかかるフリップフロップ1が含まれる。そして、割り込み制御部82は、フリップフロップ1によりエラー信号ERRを受信する。エラー信号ERRは、発生頻度が低い信号であり、このような信号の待ち受けのために常にクロック信号に基づき内部クロック信号CKxをトグルさせると消費電力の無駄が大きくなる。そこで、エラー信号ERR1のようなトグル頻度が低い信号の待ち受け部に実施の形態1にかかるフリップフロップ1を利用することで半導体装置8cは信号待ち受けにかかる消費電力を削減することができる。   Here, the interrupt control unit 82 includes the flip-flop 1 according to the first embodiment. Then, the interrupt control unit 82 receives the error signal ERR by the flip-flop 1. The error signal ERR is a signal having a low occurrence frequency. When the internal clock signal CKx is always toggled based on the clock signal for waiting for such a signal, power consumption is wasted. Therefore, by using the flip-flop 1 according to the first embodiment for a standby portion of a signal with a low toggle frequency such as the error signal ERR1, the semiconductor device 8c can reduce the power consumption of the signal standby.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments already described, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.

例えば、上記実施の形態ではデータ保持部15として立ち上がりエッジトリガ型のフリップフロップを用いたが、このデータ保持部15として立ち下がりエッジトリガ型のフリップフロップを用いることもできる。この場合、立ち下がりエッジトリガ型のフリップフロップのクロック入力端子TCAに反転内部クロック信号CKxBを入力し、反転クロック入力端子TCBに内部クロック信号CKxを入力すればよい。   For example, although the rising edge trigger type flip-flop is used as the data holding unit 15 in the above embodiment, a falling edge trigger type flip-flop can be used as the data holding unit 15. In this case, the inverted internal clock signal CKxB may be input to the clock input terminal TCA of the falling edge trigger type flip-flop, and the internal clock signal CKx may be input to the inverted clock input terminal TCB.

1−4、1a、2a フリップフロップ
5a〜5c 半導体装置
10、10a、20、30、40、50 クロック制御回路
11、11a、21、21a 不一致検出回路
12、12a、22、22a 内部クロック生成部
13、13a、23、23a SRラッチ
14、24 インバータ
15、15S データ保持部
111a、111b トランスファースイッチ
81 CPUコア
82 割り込み制御部
83 ROM
84 RAM
85 タイマー
86 アナログデジタル変換回路
87 入出力インタフェース
BUS ローカルバス
ERR エラー信号
INT 割込要求
NOR1、NOR2、NOR2S 反転論理和回路
NAND1、NAND2、NAND2S 反転論理積回路
MA マスターラッチ
MAS マスターラッチ
SL スレーブラッチ
TSWa1、TSWa2、TSWas トランスファースイッチ
TSWb1、TSWb2、TSWbs トランスファースイッチ
MP PMOSトランジスタ
MN NMOSトランジスタ
D データ入力端子
CK クロック入力端子
Qo データ出力端子
S セット端子
R リセット端子
QL ラッチ出力端子
QLB 反転ラッチ出力端子
DF データ入力端子
TCA クロック入力端子
TCB 反転クロック入力端子
QF データ出力端子
NQL ラッチ出力配線
RST リセット信号
SI シフトデータ入力端子
SE シフト制御端子
Din 入力データ
DinB 反転入力データ
CKS クロック信号
Do 出力データ
DoB 反転出力データ
S11、S21 不一致検出信号
CKx 内部クロック信号
CKxB 反転内部クロック信号
Sin シフトデータ
SFT シフト制御信号
SFTB 反転シフト制御信号
1-4, 1a, 2a Flip-flop 5a-5c Semiconductor device 10, 10a, 20, 30, 40, 50 Clock control circuit 11, 11a, 21, 21a Mismatch detection circuit 12, 12a, 22, 22a Internal clock generator 13 , 13a, 23, 23a SR latch 14, 24 Inverter 15, 15S Data holding unit 111a, 111b Transfer switch 81 CPU core 82 Interrupt control unit 83 ROM
84 RAM
85 Timer 86 Analog-to-digital conversion circuit 87 Input / output interface BUS Local bus ERR Error signal INT Interrupt request NOR1, NOR2, NOR2S Inverted OR circuit NAND1, NAND2, NAND2S Inverted AND circuit MA Master latch MAS Master latch SL Slave latch TSWa1, TSWa2, TSWas Transfer switch TSWb1, TSWb2, TSWbs Transfer switch MP PMOS transistor MN NMOS transistor D Data input terminal CK Clock input terminal Qo Data output terminal S Set terminal R Reset terminal QL Latch output terminal QLB Inverted latch output terminal DF Data input terminal TCA Clock input terminal TCB Inverted clock input terminal QF Data output terminal NQ L latch output wiring RST reset signal SI shift data input terminal SE shift control terminal Din input data DinB inverted input data CKS clock signal Do output data DoB inverted output data S11, S21 mismatch detection signal CKx internal clock signal CKxB inverted internal clock signal Sin shift Data SFT Shift control signal SFTB Inverted shift control signal

Claims (13)

入力データと出力データの不一致を検出して、不一致検出信号を出力する不一致検出回路と、
セット入力端子とリセット入力端子との一方に前記不一致検出信号が入力され、前記セット入力端子と前記リセット入力端子との他方に動作クロック信号が入力され、前記不一致検出回路と前記動作クロック信号とに基づき内部クロック信号を生成するセットリセットラッチと、
前記内部クロック信号をトリガ信号として前記入力データを保持するデータ保持部と、を有し、
前記セットリセットラッチは、
反転論理和回路と反転論理積回路とのいずれか一方により構成される半導体装置。
A mismatch detection circuit that detects a mismatch between input data and output data and outputs a mismatch detection signal;
The mismatch detection signal is input to one of a set input terminal and a reset input terminal, an operation clock signal is input to the other of the set input terminal and the reset input terminal, and the mismatch detection circuit and the operation clock signal are A set-reset latch that generates an internal clock signal based on
A data holding unit that holds the input data using the internal clock signal as a trigger signal,
The set-reset latch is
A semiconductor device constituted by one of an inverted logical sum circuit and an inverted logical product circuit.
前記セットリセットラッチは、それぞれが第1の入力端子、第2の入力端子及び出力端子を有する第1の反転論理和回路と第2の反転論理和回路とを有し、
前記第1の反転論理和回路の第1の入力端子と、前記第2の反転論理和回路の第1の入力端子と、の一方に前記不一致検出信号が入力され、
前記第1の反転論理和回路の第1の入力端子と、前記第2の反転論理和回路の第1の入力端子と、の他方に前記動作クロック信号が入力され、
前記第1の反転論理和回路の出力端子と前記第2の反転論理和回路の第2の入力端子とが接続され、
前記第2の反転論理和回路の出力端子と前記第1の反転論理和回路の第2の入力端子とが接続される請求項1に記載の半導体装置。
The set-reset latch includes a first inverting OR circuit and a second inverting OR circuit each having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal,
The mismatch detection signal is input to one of a first input terminal of the first inverting OR circuit and a first input terminal of the second inverting OR circuit,
The operation clock signal is input to the other of the first input terminal of the first inverting OR circuit and the first input terminal of the second inverting OR circuit,
An output terminal of the first inverting OR circuit and a second input terminal of the second inverting OR circuit are connected;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an output terminal of the second inverting OR circuit is connected to a second input terminal of the first inverting OR circuit.
前記不一致検出回路は、排他的論理和回路であって、
前記不一致検出信号は、前記第1の反転論理和回路の第1の入力端子に与えられ、
前記動作クロック信号は、前記第2の反転論理和回路の第1の入力端子に与えられ、
前記セットリセットラッチは、前記不一致検出信号により前記入力データと出力データとが不一致状態となったことの通知を受けて、前記第2の反転論理和回路の出力端子から前記動作クロック信号に対して逆相となる前記内部クロック信号を生成する請求項2に記載の半導体装置。
The mismatch detection circuit is an exclusive OR circuit,
The mismatch detection signal is supplied to a first input terminal of the first inverting OR circuit,
The operation clock signal is supplied to a first input terminal of the second inverting OR circuit,
The set / reset latch receives a notification that the input data and the output data are in a mismatch state by the mismatch detection signal, and outputs the operation clock signal from the output terminal of the second inverting OR circuit. The semiconductor device according to claim 2, wherein the internal clock signal having a reverse phase is generated.
前記セットリセットラッチは、それぞれが第1の入力端子、第2の入力端子及び出力端子を有する第1の反転論理積回路と第2の反転論理積回路とを有し、
前記第1の反転論理積回路の第1の入力端子と、前記第2の反転論理積回路の第1の入力端子と、の一方に前記不一致検出信号が入力され、
前記第1の反転論理積回路の第1の入力端子と、前記第2の反転論理積回路の第1の入力端子と、の他方に前記動作クロック信号が入力され、
前記第1の反転論理積回路の出力端子と前記第2の反転論理積回路の第2の入力端子とが接続され、
前記第2の反転論理積回路の出力端子と前記第1の反転論理積回路の第2の入力端子とが接続される請求項1に記載の半導体装置。
The set / reset latch includes a first inverting AND circuit and a second inverting AND circuit each having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal;
The mismatch detection signal is input to one of a first input terminal of the first inverting AND circuit and a first input terminal of the second inverting AND circuit,
The operation clock signal is input to the other of the first input terminal of the first inverting AND circuit and the first input terminal of the second inverting AND circuit,
An output terminal of the first inverting AND circuit and a second input terminal of the second inverting AND circuit are connected;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an output terminal of the second inverting AND circuit is connected to a second input terminal of the first inverting AND circuit.
前記不一致検出回路は、排他的反転論理和回路であって、
前記不一致検出信号は、前記第1の反転論理積回路の第1の入力端子に与えられ、
前記動作クロック信号は、前記第2の反転論積和回路の第1の入力端子に与えられ、
前記セットリセットラッチは、前記不一致検出信号により前記入力データと出力データとが不一致状態となったことの通知を受けて、前記第2の反転論理積回路の出力端子から前記動作クロック信号に対して同相となる前記内部クロック信号を生成する請求項5に記載の半導体装置。
The mismatch detection circuit is an exclusive inversion OR circuit,
The mismatch detection signal is supplied to a first input terminal of the first inverting AND circuit,
The operation clock signal is supplied to a first input terminal of the second inversion AND circuit.
The set / reset latch receives a notification that the input data and the output data are in a mismatch state by the mismatch detection signal, and outputs the operation clock signal from the output terminal of the second inverting AND circuit. The semiconductor device according to claim 5, wherein the internal clock signal having the same phase is generated.
前記セットリセットラッチは、前記動作クロック信号が入力されるトランジスタの数が2以下である請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the number of transistors to which the operation clock signal is input is two or less. 前記入力データは、第1の入力データと第2の入力データとを含み、
前記データ保持部は、外部から与えられる選択信号に応じて前記第1の入力データと前記第2の入力データとのいずれかが伝達される第1の配線を有し、当該第1の配線に伝達された被保持データを前記内部クロック信号に応じて保持し、
前記セットリセットラッチは、前記選択信号が前記第2の入力データを選択することを示す場合、前記不一致検出信号の論理レベルによらず、前記動作クロック信号の論理レベルの変化に対応して論理レベルが変化する前記内部クロック信号を生成する請求項1に記載の半導体装置。
The input data includes first input data and second input data,
The data holding unit includes a first wiring through which either the first input data or the second input data is transmitted according to a selection signal given from the outside, and the first wiring is connected to the first wiring. The transferred held data is held according to the internal clock signal,
When the selection signal indicates that the second input data is selected, the set / reset latch has a logic level corresponding to a change in the logic level of the operation clock signal regardless of the logic level of the mismatch detection signal. The semiconductor device according to claim 1, wherein the internal clock signal that changes is generated.
前記不一致検出回路は、前記入力データとして前記第1の入力データを参照し、前記第1の入力データと前記出力データと不一致を検出して、不一致検出信号を出力する請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor according to claim 7, wherein the mismatch detection circuit refers to the first input data as the input data, detects a mismatch between the first input data and the output data, and outputs a mismatch detection signal. apparatus. 前記セットリセットラッチは、第1の反転論理和回路と、第2の反転論理和回路と、を有し、
前記第2の反転論理和回路は、
前記第1の反転論理和回路の出力端子が制御端子に接続され、第1の端子が電源端子に接続される第1の導電型の第1のトランジスタと、
前記動作クロック信号が制御端子に与えられ、第1の端子が前記第1のトランジスタの第2の端子に接続され、第2の端子が前記第2の反転論理和回路の出力端子となる第1の導電型の第2のトランジスタと、
前記第1の反転論理和回路の出力端子が制御端子に接続され、第2の端子が前記第2の反転論理和回路の出力端子に接続される第2導電型の第3のトランジスタと、
前記動作クロック信号が制御端子に与えられ、第2の端子が前記第2の反転論理和回路の出力端子に接続され、第1の端子が接地端子に接続される第2導電型の第4のトランジスタと、
前記選択信号を反転した反転選択信号が制御端子に与えられ、前記第1のトランジスタと並列に接続される第1の導電型の第5のトランジスタと、
前記反転選択信号が制御端子に与えられ、前記第4のトランジスタの第1の端子と前記接地端子との間に接続される第2の導電型の第6のトランジスタと、
を有する請求項7に記載の半導体装置。
The set / reset latch includes a first inverted OR circuit and a second inverted OR circuit,
The second inverting OR circuit includes:
A first transistor of a first conductivity type, wherein an output terminal of the first inverting OR circuit is connected to a control terminal, and a first terminal is connected to a power supply terminal;
The operation clock signal is supplied to a control terminal, a first terminal is connected to a second terminal of the first transistor, and a second terminal is an output terminal of the second inverting OR circuit. A second transistor of the conductivity type;
A second transistor of a second conductivity type, wherein an output terminal of the first inverting OR circuit is connected to a control terminal, and a second terminal is connected to an output terminal of the second inverting OR circuit;
The operation clock signal is supplied to the control terminal, the second terminal is connected to the output terminal of the second inverting OR circuit, and the first terminal is connected to the ground terminal. A transistor,
An inverted selection signal obtained by inverting the selection signal is supplied to a control terminal, and a fifth transistor of a first conductivity type connected in parallel with the first transistor;
A sixth transistor of a second conductivity type, which is provided between the first terminal of the fourth transistor and the ground terminal, the inverted selection signal being applied to a control terminal;
The semiconductor device according to claim 7.
前記セットリセットラッチは、第1の反転論理積回路と、第2の反転論理積回路と、により構成され、
前記第2の反転論理積回路は、
前記第1の反転論理積回路の出力端子が制御端子に接続され、第2の端子が前記第2の反転論理積回路の出力端子に接続される第1の導電型の第1のトランジスタと、
前記動作クロック信号が制御端子に与えられ、第1の端子が電源端子に接続され、第2の端子が前記第2の反転論理積回路の出力端子に接続される第1の導電型の第2のトランジスタと、
前記第1の反転論理和回路の出力端子が制御端子に接続され、第2の端子が前記第2の反転論理和回路の出力端子に接続される第2導電型の第3のトランジスタと、
前記動作クロック信号が制御端子に与えられ、第2の端子が前記第2の反転論理和回路の出力端子に接続され、第1の端子が接地端子に接続される第2導電型の第4のトランジスタと、
前記選択信号が制御端子に与えられ、前記第1のトランジスタの第1の端子と前記電源端子との間に接続される第1の導電型の第5のトランジスタと、
前記選択信号が制御端子に与えられ、前記第4のトランジスタと並列に接続される第2の導電型の第6のトランジスタと、
を有する請求項7に記載の半導体装置。
The set / reset latch includes a first inverting AND circuit and a second inverting AND circuit,
The second inverting AND circuit includes:
A first transistor of a first conductivity type in which an output terminal of the first inverting AND circuit is connected to a control terminal and a second terminal is connected to an output terminal of the second inverting AND circuit;
The operation clock signal is applied to the control terminal, the first terminal is connected to the power supply terminal, and the second terminal is connected to the output terminal of the second inverting AND circuit. Transistors
A second transistor of a second conductivity type, wherein an output terminal of the first inverting OR circuit is connected to a control terminal, and a second terminal is connected to an output terminal of the second inverting OR circuit;
The operation clock signal is supplied to the control terminal, the second terminal is connected to the output terminal of the second inverting OR circuit, and the first terminal is connected to the ground terminal. A transistor,
A fifth transistor of a first conductivity type, wherein the selection signal is applied to a control terminal, and is connected between the first terminal of the first transistor and the power supply terminal;
A second transistor of a second conductivity type, which is supplied to the control terminal and connected in parallel with the fourth transistor;
The semiconductor device according to claim 7.
前記データ保持部は、
前記内部クロック信号に含まれる第1の内部クロック信号に応じて前記被保持データを保持するマスターラッチと、
前記内部クロック信号に含まれ、前記第1の内部クロック信号とは反転した論理レベルの第2のクロック信号に応じて前記マスターラッチの出力値を保持するスレーブラッチと、を有し、
前記不一致検出回路は、前記出力データとして前記マスターラッチの保持値を参照し、
前記入力データと前記マスターラッチの保持値との不一致を検出して、前記不一致検出信号を出力する請求項1に記載の半導体装置。
The data holding unit
A master latch that holds the held data in accordance with a first internal clock signal included in the internal clock signal;
A slave latch that is included in the internal clock signal and holds an output value of the master latch in accordance with a second clock signal having a logic level that is inverted from the first internal clock signal;
The mismatch detection circuit refers to the held value of the master latch as the output data,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a mismatch between the input data and a held value of the master latch is detected and the mismatch detection signal is output.
それぞれが、前記不一致検出回路と、前記セットリセットラッチと、前記データ保持部とを有する複数のフリップフロップ回路と、
前記複数のフリップフロップのそれぞれに前記動作クロック信号を分配するクロックツリーと、を有する請求項1に記載の半導体装置。
A plurality of flip-flop circuits each having the mismatch detection circuit, the set-reset latch, and the data holding unit;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a clock tree that distributes the operation clock signal to each of the plurality of flip-flops.
プログラムに基づき演算動作を行う演算部と、
前記演算部に利用される周辺回路と、
前記周辺回路から通知されるエラー信号に基づき前記演算部に割込要求を発行する割込制御部と、
前記割込制御部において前記エラー信号を受信し、前記不一致検出回路と、前記セットリセットラッチと、前記データ保持部とを有するフリップフロップ回路と、
を有する請求項1に記載の半導体装置。
A calculation unit that performs a calculation operation based on a program;
Peripheral circuits used in the arithmetic unit;
An interrupt control unit that issues an interrupt request to the arithmetic unit based on an error signal notified from the peripheral circuit;
A flip-flop circuit that receives the error signal in the interrupt control unit, and includes the mismatch detection circuit, the set-reset latch, and the data holding unit;
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
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