JP2014158176A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014158176A JP2014158176A JP2013028134A JP2013028134A JP2014158176A JP 2014158176 A JP2014158176 A JP 2014158176A JP 2013028134 A JP2013028134 A JP 2013028134A JP 2013028134 A JP2013028134 A JP 2013028134A JP 2014158176 A JP2014158176 A JP 2014158176A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- terminal
- clock signal
- input
- inverting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
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,
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
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
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
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
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。
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-
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-
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-
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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-
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-
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
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-
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
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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
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
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
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
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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。
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-
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-
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-
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
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
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-
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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-
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
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-
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-
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
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-
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
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-
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-
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-
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-
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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-
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
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-
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-
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
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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
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
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
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
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-
84 RAM
85
Claims (13)
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.
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.
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:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013028134A JP2014158176A (en) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013028134A JP2014158176A (en) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014158176A true JP2014158176A (en) | 2014-08-28 |
Family
ID=51578803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013028134A Pending JP2014158176A (en) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014158176A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10454457B1 (en) * | 2018-06-18 | 2019-10-22 | Texas Instruments Incorporated | Self-gating flip-flop |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04207519A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-29 | Toshiba Corp | Latch circuit |
JPH07202645A (en) * | 1993-11-29 | 1995-08-04 | Motorola Inc | Technology and method of asynchronous scan design |
JPH11340795A (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Nec Corp | Flip-flop circuit |
JP2001296919A (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Toshiba Corp | Failure diagnostic device |
JP2009081507A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Schmidt trigger circuit |
JP2009100235A (en) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toshiba Corp | Electronic circuit and its constituting method |
WO2009069597A1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-06-04 | Nec Corporation | Synchronization device and synchronization method |
-
2013
- 2013-02-15 JP JP2013028134A patent/JP2014158176A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04207519A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-29 | Toshiba Corp | Latch circuit |
JPH07202645A (en) * | 1993-11-29 | 1995-08-04 | Motorola Inc | Technology and method of asynchronous scan design |
JPH11340795A (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Nec Corp | Flip-flop circuit |
JP2001296919A (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Toshiba Corp | Failure diagnostic device |
JP2009081507A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Schmidt trigger circuit |
JP2009100235A (en) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toshiba Corp | Electronic circuit and its constituting method |
WO2009069597A1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-06-04 | Nec Corporation | Synchronization device and synchronization method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10454457B1 (en) * | 2018-06-18 | 2019-10-22 | Texas Instruments Incorporated | Self-gating flip-flop |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7868677B2 (en) | Low power flip-flop circuit | |
JP5175399B2 (en) | System and method using improved clock gating cell | |
US7332949B2 (en) | High speed pulse based flip-flop with a scan function and a data retention function | |
JP5058503B2 (en) | Electronic circuit provided with scan test circuit, integrated circuit, and power consumption reduction method used in integrated circuit | |
KR20170116042A (en) | Independent Power Cole Labs Methodology | |
WO2014179944A1 (en) | Flip-flop for reducing dynamic power | |
JP2005527166A (en) | Non-volatile multi-threshold CMOS latch with leakage current control | |
US20080238514A1 (en) | Level-converted and clock-gated latch and sequential logic circuit having the same | |
CN108233894B (en) | Low-power consumption double-edge trigger based on dual-mode redundancy | |
US9979381B1 (en) | Semi-data gated flop with low clock power/low internal power with minimal area overhead | |
US7872490B2 (en) | Semiconductor integrated circuit and method for testing the same | |
TW201423306A (en) | Pulse-based in-situ timing circuit system with function of predicting timing error caused from process and environment variations | |
US8928378B2 (en) | Scan/scan enable D flip-flop | |
US20140062560A1 (en) | Reconfigurable flip-flop | |
US7436220B2 (en) | Partially gated mux-latch keeper | |
KR20120100385A (en) | Flip-flop and semiconductor device including the same | |
TW200949855A (en) | Sequential storage circuitry for an integrated circuit | |
US9871503B2 (en) | Semiconductor integrated circuit, latch circuit, and flip-flop circuit | |
JP4874407B2 (en) | Wireless device, circuit and method | |
TW202119759A (en) | Fully digital, static, true single-phase clock (tspc) flip-flop | |
JP2014158176A (en) | Semiconductor device | |
JP5627163B2 (en) | Data holding method and circuit in operation mode and sleep mode | |
KR102591208B1 (en) | Low power retention flip-flop | |
CN113676175B (en) | Trigger circuit | |
TWI478497B (en) | Clockless return to state domino logic gate and integrated circuit and logic function evaluation method corresponding thereto |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150820 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160526 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160621 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161220 |