JP2578164B2 - ゲートアレイ装置 - Google Patents

ゲートアレイ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [概要] マスタスレーブ型フリップフロップ回路を構成するの
に適したゲートアレイに関し、 スレーブ部のセル内使用効率を向上し、マクロセルア
レイ全体の集積度をあげることのできるゲートアレイ装
置を提供することを目的とし、 複数のマクロセルがマトリクス状に配置され、マクロ
セル間を接続する配線が選択的に形成されて論理回路を
構成しているゲートアレイ装置において、該複数のマク
ロセルがマスタスレーブフリップフロップ回路のマスタ
セルを構成することのできる面積の大きなマクロセル
と、この面積の大きなマクロセルに近接配置され、マス
タスレーブフリップフロップ回路のスレーブセルを構成
することのできる比較的面積の小さなマクロセルとの対
を複数含んでいるように構成する。
[産業上の利用分野] 本発明はゲートアレイに関し、特にマスタスレーブ型
フリップフロップ(FF)回路を構成するのに適したゲー
トアレイに関する。
[従来の技術] 第10図に従来技術によるゲートアレイ装置の構成例を
概略的に示す。矩形のチップ101の周辺部には入出力信
号用および電源用の端子102が配列されている。端子102
の内側に配線領域103を介して、入出力部104が配置され
ている。入出力部104には、入出力信号専用のセルが設
けられる。中央部にマクロセルのアレイ105が設置され
ている。マクロセルは論理回路を構成する単位のセル
で、1つのマクロセルで通常OR回路、NOR回路、排他的O
R/NOR回路、AND/NAND回路等を構成できる。アレイ105は
同一構成のマクロセルのマトリクス状規則的配置で構成
され、マクロセル間を選択的に配線で接続することによ
り任意の論理回路を構成する。
ゲートアレイ装置内での信号の流れは、第11図に示す
ように、入力端子102から入力した信号からI/O部104の
入力セルを介し、又は直接に内部のマクロセル105に供
給され、論理演算されて、I/O部の出力セル104を介して
出力端子102に供給される。
一般的にゲートアレイは、同一のマクロセルをアレイ
状に配置する。同一マクロセルであることにより、位置
的に制約がなくなり、任意の回路をセルアレイ中どこに
でも構成できる。
一方,回路動作の高速性の面からみると多数のセルを
使うより、1つのセルでまかなう方が優れている。
例えば、基本ゲートしか構成できないセルで、マスタ
スレーブフリップフロップ回路を作る場合、第12図のよ
うにゲートを8個(セルを8個)必要とする。信号が多
数のゲートを通るため、動作速度の低下につながる。
近年、高速動作の面からセル数を減らすことが望ま
れ、1つのマクロセルで種々の回路を構成できるように
するため、マクロセル内の素子(トランジスタ,抵抗
等)の数が増加し、セルサイズが大きくなっている。
一般にゲートアレイで最も素子を必要とするのはマス
タスレーブフリップフロップ回路である。マスタスレー
ブ回路のマスタ部とスレーブ部とは、極めて相似性の高
い構成をしているので1つのマスタスレーブフリップフ
ロップを2つの同一構成のマクロセルで構成することが
行われている。
[発明が解決しようとする課題] マスタースレーブ型フリップフロップ回路において
は、スレーブ部の素子(トランジスタ,ダイオード,抵
抗,容量等)の数はマスタ部の素子数より少ないにも拘
らず,従来スレーブ部もマスタ部と同一のマクロセルを
使用して構成していたため、スレーブ部のマクロセル内
では未使用素子が多数存在し、マクロセル内の使用効率
が低下し、マクロセルアレイ全体の集積度が上がらない
という問題があった。
本発明の目的は、スレーブ部のセル内使用効率を向上
し、マクロセルアレイ全体の集積度を上げることのでき
るゲートアレイ装置を提供することを目的とする。
さらに,各回路のバイアスは、何本もの長居配線を延
在させるよりは,配線長をなるべく短くし、回路間の干
渉を防ぐ意味で,各回路の近傍で専用に形成することが
望まれる。
本発明の他の目的は、マクロセル群がマスタスレーブ
FFを構成できるマクロセル対とバイアス電源を構成でき
るマクロセルとを含むゲートアレイ装置を提供すること
である。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば第1図を参照して、マトリクス状に配
置される複数のマクロセルが,マスタスレーブ型フリッ
プフロップ回路のマスタ部を構成することができる面積
の大きなマクロセル(1)と、マスタスレーブ型フリッ
プフロップ回路のスレーブ部を構成することができる比
較的面積の小さなマクロセル(2)との対を複数含むよ
うに構成する。
また、マスタスレーブFFを構成できるマクロセル対と
ともに、バイアス回路を構成できる面積のさらに小さな
マクロセルを含むように構成する。
[作用] 本発明では、マスタ部とスレーブ部とを大きな面積の
セルとそれより面積の小さいセルとで構成することによ
り、スレーブ部での不使用素子の数を減じ、マクロセル
アレイ全体の集積度を上げることができる。
また、マスタスレーブFFを構成するマクロセル対とと
もに,節約した面積を利用してバイアス電源回路を構成
できるマクロセルを設けることにより、集積度を上げ、
バイアス電圧用の配線長を短くし、回路間の干渉を防止
することができる。
[実施例] 第1図は本発明の1実施例によるゲートアレイ装置の
マクロセル群の基本構成となる2つのマクロセルを示
す。
マスタスレーブフリップフロップ回路のマスタ部を作
ることのできるマクロセル1は、トランジスタ15ケ、ダ
イオード1ケ、抵抗7ケから構成されている。マスタス
レーブ型フリップフロップ回路のマスタ部を構成した時
の未使用素子数は0ケである。
マスタスレーブ型フリップフロップ回路のスレーブ部
を構成できるマクロセル2は、トランジスタ10個、ダイ
オード1個、抵抗7個から構成されている。他の回路を
作る便宜を考慮して、FFのスレーブ部を構成するのに必
要最少限の素子数よりもトランジスタ1個、ダイオード
1個、抵抗1個分余分に含んでいる。マクロセル1に比
べてマクロセル2は素子数が少なく、セル面積も小さ
い。マクロセル2とマクロセル1とは対を形成して近接
配置されている。
第1図においては大きなマクロセル1と小さなマクロ
セル2とは同じ幅をもつよう構成され、小さなマクロセ
ル2は大きなマクロセル1よりも高さが低く構成されて
いる。このため、占有面積が小さくなっている。
第1図に示すような大小2つのマクロセル対を配置す
るレイアウトの例を第2図、第3図、第4図,第5図に
示す。
第2図は、第1図に示すような大きなマクロセル1の
列および小さなマクロセル2の列を横に並べ、かつ縦方
向に大きなマクロセルの列A−小さなマクロセルの列B
−大きなマクロセルの列A−小さなマクロセルの列Bと
繰り返し配置したものである。マクロセル1と2との横
方向の長さは等しくされている。したがって,列Aと列
Bには同数のマクロセルが並ぶ。
第3図は縦方向の組合わせを変えて、大きなマクロセ
ルの列A−小さなマクロセルの列B−小さなマクロセル
の列B−大きなマクロセルの列Aを基本繰り返しパター
ンとしたものである。AA−BBと2つづつまとまり、マク
ロセルへの入力、マクロセルからの出力をまとめたい場
合等に便宜な配列である。
第4図は、大きなマクロセル1の列A,および小さなマ
クロセル2の列B′を横に並べ、かつ縦方向に大きなマ
クロセルの列A−小さなマクロセルの列B′−大きなマ
クロセルの列A−小さなマクロセルの列B′と繰り返し
配置することでは第2図と同様の構成であるが、小さな
マクロセル2が第2図の場合と較べて90度回転した配置
である。短い辺を横方向にしているので,B′列の中には
A列のマクロセル1と対応するマクロセル2と余分に形
成されたマクロセル2′とが含まれている。
マクロセルのアレイにはマスタスレーブFFのマスタ部
を作る大きなマクロセル1とスレーブ部を作る小さなマ
クロセル2の他に別のマクロセルを配置することもでき
る。
第5図は3種のマクロセルを配置した例を示す。マス
タ部用の大きなマクロセル1の列A−2種類のマクロセ
ル2、3の混在する列X−マスタ部用の大きなマクロセ
ル1の列A−2種類のマクロセル2、3の混在する列X
と繰り返し配置してある。列Xの中では、横にマスタス
レーブFFのスレーブ部を作ることのできるマクロセル2
を2つ並べた次により小さなマクロセル3を1つ配置
し、これを基本単位として繰り返し配置している。より
小さなマクロセル3は例えばバイアス電源回路を作るこ
とのできるマクロセルである。なお、別のマクロセル3
は必ずしもスレーブ部用マクロセル2より小さくなくて
もよい。
上記した第2−5図のごとく配置されたマクロセル群
が第10図に示したチップアレイ中のマクロセル群105の
部分に設けられたのが、本発明のICチップの全体構成で
ある。また第4,5図の場合、第1図に示した大きなマク
ロセル1と小さなマクロセル2とは90゜回転した状態で
配置される。つまり,2つのマクロセル1、2の幅が異な
り、長さが略同一の配置である。
第1図に示すマクロセル対1、2を用いて構成できる
論理回路の例を第6図、第7図、第8図に示す。
第6図はセットリセット付2入力Dタイプマスタスレ
ーブFFを作った場合を示す。大きなセル1内にセットリ
セット付2入力DタイプマスタスレーブFFのマスタ部を
構成し、比較的小さなセル2内にスレーブ部を構成して
いる。大きなセル1内の未使用素子数は零である。比較
的小さなセル2は他の回路を作るときの便宜を考慮して
設計され,マスタスレーブFFのスレーブ部を作る時,未
使用素子はトランジスタ1個,ダイオード1個,抵抗1
個である。
第7図はOR/NOR回路を構成した場合を示す。大きなセ
ル1内に6入力OR>NOR回路を構成し、比較的小さなセ
ル2内に3入力OR/NOR回路を構成している。
第8図は排他的OR/NOR回路を構成した場合を示す。大
きなマクロセル1内に2−3入力OR−EX−OR/NOR回路を
構成し、比較的小さなマクロセル2内にEX−OR/NOR回路
を構成している。比較的小さなマクロセル2内の未使用
素子数は零である。第6図,第7図で未使用素子を残し
ても,この回路を構成できるようにして,回路設計の自
由度を上げている。
第9図は第5図に示すバイアス電源回路用マクロセル
3内に構成するバイアス電源回路の例を示す。1つの参
照電圧VRから3つのバイアス電圧Vref1,Vref2,Vcsを作
っている。
以上、図中トランジスタとしてバイポーラ接合トラン
ジスタを示したが、電界効果トランジスタ等他のトラン
ジスタを用いることもできる。同様に、他の種々の素子
を用いてもよい。また回路形式としてECL回路を図示し
たが、例えばソースカップルド電界効果トランジスタ論
理(SCFL)等の他の回路形式を利用してもよい。
[発明の効果] 本発明によれば、未使用素子数を低減してゲートアレ
イ装置の集積度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による面積の異なるマクロセル
対を示す概略上面図、 第2図、第3図、第4図、第5図はマクロセルの配置例
を示す概略上面図、 第6図、第7図、第8図は第1図の面積の異なるマクロ
セル対によって構成できる回路の例を示す概略回路結線
図、 第9図は、第5図に示すさらに小さな面積のマクロセル
3に構成できるバイアス電源回路の概略回路図, 第10図は、従来技術によるゲートアレイ装置のレイアウ
ト例を示す上面図、 第11図は、ゲートアレイ装置内の信号の流れを示すブロ
ック図、 第12図は、基本ゲートでマスタスレーブFFを構成した時
のブロックダイアグラムである。 図において、 1……マスタスレーブFFのマスタ部を作ることのできる
マクロセル 2……マスタスレーブFFのスレーブ部を作ることのでき
るマクロセル 3……他のマクロセル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下津浜 功 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−4343(JP,A) 特開 昭53−44161(JP,A) 特開 昭64−13482(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のマクロセルがマトリクス状に配置さ
    れ、マクロセル間を接続する配線が選択的に形成されて
    論理回路を構成しているゲートアレイ装置において、 該複数のマクロセルがマスタスレーブフリップフロップ
    回路のマスタセルを構成することのできる面積の大きな
    マクロセル(1)と、この面積の大きなマクロセルに近
    接配置され、マスタスレーブフリップフロップ回路のス
    レーブセルを構成することのできる比較的面積の小さな
    マクロセル(2)との対を複数含んでいることを特徴と
    するゲートアレイ装置。
  2. 【請求項2】前記面積の大きなマクロセル(1)と前記
    比較的面積の小さなマクロセルが共に、そのコレクタが
    それぞれ電源ラインに抵抗を介して接続されうる第1の
    トランジスタ対と、第1のトランジスタ対の出力ノード
    対にそのコレクタが接続されうる第2のトランジスタ対
    と、第1のトランジスタ対の共通エミッタ(ソース)ノ
    ードおよび第2のトランジスタ対の共通エミッタ(ソー
    ス)ノードにそのコレクタが接続されうる第3のトラン
    ジスタ対と、該第3のトランジスタ対の共通エミッタ
    (ソース)ノードに接続されうる電流源トランジスタ
    と、 を有することを特徴とする請求項1記載のゲートアレイ
    装置。
  3. 【請求項3】前記複数のマクロセルが、バイアス電源回
    路を構成することのできる面積の小さな第3のマクロセ
    ルをさらに含んでいることを特徴とする請求項1記載の
    ゲートアレイ装置。
  4. 【請求項4】複数のマクロセルがマトリクス状に配置さ
    れ、マクロセル間を接続する配線が選択的に形成されて
    論理回路を構成しているゲートアレイ装置において、 該複数のマクロセルが、マスタスレーブフリップフロッ
    プ回路のマスタセルを構成することのできる面積の大き
    なマクロセル(1)の列と、この面積の大きなマクロセ
    ルに近接配置され、マスタスレーブフリップフロップ回
    路のスレーブセルを構成することのできる比較的面積の
    小さなマクロセル(2)と他のマクロセルとの列の規則
    的な繰り返し配置を含むこと、 を特徴とするゲートアレイ装置。
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