JP2693329B2 - Static flip-flop circuit - Google Patents

Static flip-flop circuit

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JP2693329B2
JP2693329B2 JP3295155A JP29515591A JP2693329B2 JP 2693329 B2 JP2693329 B2 JP 2693329B2 JP 3295155 A JP3295155 A JP 3295155A JP 29515591 A JP29515591 A JP 29515591A JP 2693329 B2 JP2693329 B2 JP 2693329B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
あってスタティック動作をおこなうフリップフロップ回
路の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a flip-flop circuit which performs a static operation in a semiconductor integrated circuit device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のスタティック型フリップフロップ
回路としては、例えば図7に示す第lの従来例のよう
に、ECL基本回路を用いたものが知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional static type flip-flop circuit, there is known one using an ECL basic circuit as shown in, for example, the 1st conventional example shown in FIG.

【0003】図中Ql〜Ql8はパイボーラトランジス
タ、Rl〜Rl0は抵抗、GNDはグランド端子、VE
Eは電源端子、VCSは定電流源端子である。CKはク
ロック信号入力端子、CKにバーを付したもの(以下
「CK(バー)」と表す)はクロック補信号入力端子、
Qは真信号出力端子、Qにバーを付したもの(以下「Q
(バー)」と表す)は補信号出力端子である。
In the figure, Q1 to Q18 are pilot transistors, R1 to R10 are resistors, GND is a ground terminal, and VE.
E is a power supply terminal, and VCS is a constant current source terminal. CK is a clock signal input terminal, CK with a bar (hereinafter referred to as “CK (bar)”) is a complementary clock signal input terminal,
Q is a true signal output terminal, Q with a bar (hereinafter "Q
(Represented by "(bar)") is a complementary signal output terminal.

【0004】前記第1の従来例に係るフリップフロップ
回路は、マスター回路9については、2組の上段の差動
対(データ読み込み用差動対たるトランジスタQ1、Q
2、及びデータ保持正帰還差動対たるトランジスタQ
3、Q4)、1組の下段の差動対(トランジスタQ5、
Q6)、データ読み込み用差動対及びデータ保持正帰還
差動対に共通の負荷抵抗R1、R2により大略構成さ
れ、スレーブ回路10については、該マスター回路9と
同じ回路構成になっており、前記スレーブ回路10の出
力がマスター回路9の入力に帰還されるように接続され
ている。ここで、本フリップフロップ回路はディジタル
動作を行うので、その最高動作周波数はl/2tpd
(tpdはマスター回路およびスレーブ回路の伝搬遅延
時間)で制限されることになる。
In the flip-flop circuit according to the first conventional example, the master circuit 9 has two sets of upper differential pairs (transistors Q1 and Q which are differential pairs for reading data).
2, and a transistor Q that is a data holding positive feedback differential pair
3, Q4), one lower differential pair (transistor Q5,
Q6) is generally constituted by load resistors R1 and R2 common to the data reading differential pair and the data holding positive feedback differential pair, and the slave circuit 10 has the same circuit configuration as the master circuit 9. The output of the slave circuit 10 is connected so as to be fed back to the input of the master circuit 9. Here, since the present flip-flop circuit performs a digital operation, its maximum operating frequency is l / 2tpd.
(Tpd is limited by the propagation delay time of the master circuit and the slave circuit).

【0005】なお、本従来例では、マスター回路9のト
ランジスタQ3、Q4の信号レベル変換、及び次段のス
レーブ回路10の卜ランジスタQ10、Q11を駆動す
る際の駆動能力強化のために、グランドGNDと電源端
子VEE間にエミッタフォロア回路(トランジスタQ
8、抵抗R6、及びトランジスタQ9、抵抗R7)が接
続されている。
In this conventional example, the ground level is used to convert the signal levels of the transistors Q3 and Q4 of the master circuit 9 and to enhance the driving capability when driving the transistor transistors Q10 and Q11 of the slave circuit 10 of the next stage. And the power supply terminal VEE between the emitter follower circuit (transistor Q
8, resistor R6, transistor Q9, resistor R7) are connected.

【0006】また、第2の従来例として、図8に示すよ
うなものが知られている(特願平3−207048)。
本第2の従来例は、下段の差動対をトランジスタQ2
5、Q26、及びトランジスタQ35、Q36で構成す
る点が前記第1の従来例と異なっており、図7の場合に
比べて回路動作が高速化できるようになっている。
As a second conventional example, the one shown in FIG. 8 is known (Japanese Patent Application No. 3-207048).
In the second conventional example, the lower differential pair is connected to the transistor Q2.
5, Q26 and transistors Q35, Q36 are different from the first conventional example, and the circuit operation can be speeded up as compared with the case of FIG.

【0007】前記第2の従来例の回路構成では、データ
保持用正帰還差動対(マスター回路11については、ト
ランジスタQ31、Q32から成る差動対、スレーブ回
路12についてはトランジスタQ33、Q34から成る
差動対)については、上記第1の従来例に比べれば、そ
の動作電流の低下、および卜ランジスタサイズの縮小、
各差動対のミラー容量の低減を図ることができ、上記伝
搬遅延時間tpdの短縮、ひいては高速動作も行える。
In the circuit configuration of the second conventional example, a positive feedback differential pair for holding data (a differential pair consisting of transistors Q31 and Q32 for the master circuit 11 and a pair of transistors Q33 and Q34 for the slave circuit 12). The differential pair) has a lower operating current and a smaller transistor size than the first conventional example.
The mirror capacity of each differential pair can be reduced, the propagation delay time tpd can be shortened, and high-speed operation can be performed.

【0008】図2は、上記第1及び第2の従来例の回路
動作を示す信号波形図を示すものであり、出力端子Q、
Q(バー)から出力される信号は、クロック信号がhi
ghレベルからlowレベルに変化するときに反転す
る。従って、該クロック信号の入力により、出力端子
Q、Q(バー)にはクロック周波数をl/2に分周した
周波数の信号が出力される。
FIG. 2 is a signal waveform diagram showing the circuit operation of the above-mentioned first and second conventional examples.
As for the signal output from Q (bar), the clock signal is hi
Invert when changing from gh level to low level. Therefore, when the clock signal is input, a signal having a frequency obtained by dividing the clock frequency by 1/2 is output to the output terminals Q and Q (bar).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の回路構成によれば、データ保持用正帰還差動対
(トランジスタQ31、Q32、及びトランジスタQ3
3、Q34から成る差動対)の動作電流は、データ読み
込み用負荷抵抗R1、R2に支配されるので小さくな
り、該差動対の利得も小さくなり、その結果、回路のデ
ータ保持時問が長い場合、換言すれば回路が低速で動作
する際には、動作余裕が小さくなるという問題があっ
た。
However, according to the circuit configuration of the above-mentioned conventional example, a positive feedback differential pair for holding data (transistors Q31, Q32, and transistor Q3).
The operating current of the differential pair consisting of Q3 and Q34 is small because it is controlled by the load resistors R1 and R2 for data reading, and the gain of the differential pair is also small. As a result, the data holding time of the circuit is reduced. When it is long, in other words, when the circuit operates at low speed, there is a problem that the operation margin becomes small.

【0010】また、上記従来例の回路構成においては、
消費電流を小さくした場合、論理振幅を確保するために
負荷抵抗が大きくなり、動作速度が低下するという問題
があった。
Further, in the circuit configuration of the above conventional example,
When the current consumption is reduced, there is a problem that the load resistance is increased in order to secure the logic amplitude and the operation speed is reduced.

【0011】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
べくなされたものであり、高速性を失わずに低速での動
作余裕を確保し、しかも、低消費電力化を可能にしたフ
リップフロップ回路を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a flip-flop circuit that secures a low-speed operation margin without losing high speed and enables low power consumption. It is intended to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、データ読み込み用差動対とデータ保持用
差動対の負荷抵抗を分離し、データ読み込み用差動対と
データ保持用差動対の利得を別個に設定できる回路構成
としたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention separates the load resistances of the data reading differential pair and the data holding differential pair so that the data reading differential pair and the data holding differential pair are separated. The circuit configuration is such that the gain of the differential pair for use can be set separately.

【0013】[0013]

【作用】データ読み込み用差動対に接続される負荷抵抗
とデータ保持用正帰還差動対に接続される負荷抵抗とは
互いに分離された状態で設けられているので、夫々の差
動対の動作電流に応じて当該負荷抵抗を調整することが
でき、各々の差動対の利得を各別に制御することが可能
となる。従って、回路動作の高速化を図るべくデータ保
持用正帰還差動対の動作電流を小さくした場合でも、負
荷抵抗を大きくすることによりデータ保持用差動対の出
力電圧を十分大きくすることができ、低速動作時の動作
余裕を大きくすることができる。また、両差動対の負荷
抵抗を分離する構成としているので、信号レベル変換お
よび次段の卜ランジスタを駆動する際の駆動能力強化の
ために用いられるグランドおよび電源端子間に接続され
るエミッタフォロア回路を省略することができ、その省
略した分だけ低消費電力化が可能となる。
The load resistance connected to the data reading differential pair and the load resistance connected to the data holding positive feedback differential pair are provided in a state of being separated from each other. The load resistance can be adjusted according to the operating current, and the gain of each differential pair can be controlled separately. Therefore, even if the operating current of the positive feedback differential pair for holding data is reduced in order to speed up the circuit operation, the output voltage of the differential pair for holding data can be sufficiently increased by increasing the load resistance. It is possible to increase the operational margin during low speed operation. In addition, because the load resistances of both differential pairs are separated, an emitter follower connected between the ground and the power supply terminal, which is used for signal level conversion and drive capacity enhancement when driving the next stage transistor, is used. The circuit can be omitted, and the power consumption can be reduced by the amount omitted.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、本発明の第lの実施例を示すもので
ある。本実施例に係るフリップフロップ回路は、マスタ
ー回路1とスレーブ回路2により構成される。そして、
前記マスター回路1は、一対のトランジスタQ41、Q
42により構成されたデータ読み込み用の第1の差動
対、及び一対のトランジスタQL1、QL2により構成
されたデータ保持用の第2の差動対から成る第1の上段
回路を有している。前記第1の差動対を構成する一対の
トランジスタQ41、Q42には、各々のコレクタに夫
々エミッタフォロア回路を構成するトランジスタQF
1、及び抵抗R21と、トランジスタQF2、及び抵抗
R22が接続され、前記第2の差動対を構成するトラン
ジスタQL1、QL2には、夫々のコレクタに負荷抵抗
RL1、RL2が接続されている。なお、本実施例及び
以下の各実施例においてトランジスタはバイポーラに係
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The flip-flop circuit according to this embodiment includes a master circuit 1 and a slave circuit 2. And
The master circuit 1 includes a pair of transistors Q41 and Q41.
The first upper stage circuit includes a first differential pair for reading data, which is constituted by 42, and a second differential pair for holding data, which is constituted by a pair of transistors QL1 and QL2. The pair of transistors Q41 and Q42 that form the first differential pair include a transistor QF that forms an emitter follower circuit at each collector.
1, a resistor R21, a transistor QF2, and a resistor R22 are connected to each other. Load collectors RL1 and RL2 are connected to collectors of the transistors QL1 and QL2, respectively, which form the second differential pair. In addition, in this embodiment and each of the following embodiments, the transistor is of a bipolar type.

【0015】また、前記スレーブ回路2は、前記スレー
ブ回路1と同様に構成されており、一対のトランジスタ
Q43、Q44により構成されたデータ読み込み用の第
3の差動対、及び一対のトランジスタQL3、QL4に
より構成されたデータ保持用の第4の差動対から成る第
2の上段回路を有している。前記第3の差動対を構成す
る一対のトランジスタQ43、Q44には、各々のコレ
クタにエミッタフォロア回路のトランジスタQF3、及
び抵抗R23と、トランジスタQF4、及び抵抗R24
が夫々接続され、前記第4の差動対を構成するトランジ
スタQL3、QL4には、夫々のコレクタに負荷抵抗R
L3、RL4が接続されている。
The slave circuit 2 has the same structure as the slave circuit 1, and includes a third differential pair for reading data, which is composed of a pair of transistors Q43 and Q44, and a pair of transistors QL3. It has a second upper stage circuit composed of a fourth differential pair for holding data constituted by QL4. In the pair of transistors Q43 and Q44 forming the third differential pair, each collector has a transistor QF3 and a resistor R23 of an emitter follower circuit, a transistor QF4 and a resistor R24.
Are connected to each other, and the load resistance R is provided to the collectors of the transistors QL3 and QL4 forming the fourth differential pair.
L3 and RL4 are connected.

【0016】一方、クロック信号の真信号入力端子CK
には、トランジスタQ45、QL6のベースが接続され
ており、該クロック信号の補信号入力端子CK(バー)
には、トランジスタQ46、QL5のベースが接続され
ている。前記トランジスタQ45、Q46は、各エミッ
タが共通に接続され、前記トランジスタQL5、QL6
は、各エミッタが共通に接続されている。
On the other hand, the true signal input terminal CK of the clock signal
Is connected to the bases of the transistors Q45 and QL6, and is a complementary signal input terminal CK (bar) of the clock signal.
The bases of the transistors Q46 and QL5 are connected to. The emitters of the transistors Q45 and Q46 are commonly connected, and the transistors QL5 and QL6 are connected.
Have their emitters connected in common.

【0017】また、前記トランジスタQ45のコレクタ
は前記第1の差動対のトランジスタQ41、Q42の共
通エミッタに接続され、前記トランジスタQL5のコレ
クタは前記第2の差動対のトランジスタQL1、QL2
の共通エミッタに接続されている。同様に、前記トラン
ジスタQ46のコレクタは前記第3の差動対のトランジ
スタQ43、Q44の共通エミッタに接続され、前記ト
ランジスタQL6のコレクタは前記第2の差動対のトラ
ンジスタQL3、QL4の共通エミッタに接続されてい
る。
The collector of the transistor Q45 is connected to the common emitters of the transistors Q41 and Q42 of the first differential pair, and the collector of the transistor QL5 is connected to the transistors of the second differential pair QL1 and QL2.
Connected to the common emitter of. Similarly, the collector of the transistor Q46 is connected to the common emitter of the transistors Q43 and Q44 of the third differential pair, and the collector of the transistor QL6 is connected to the common emitter of the transistors QL3 and QL4 of the second differential pair. It is connected.

【0018】ここで、前記一対のトランジスタQ45、
Q46は、第1の下段回路たる差動対を、前記一対のト
ランジスタQL5、QL6は、第2の下段回路たる差動
対を構成している。
Here, the pair of transistors Q45,
Q46 constitutes a first lower stage differential pair, and the pair of transistors QL5 and QL6 constitutes a second lower stage differential pair.

【0019】前記第1の差動対のトランジスタQ41の
コレクタは第2の差動対のトランジスタQL1のベー
ス、及び第3の差動対のトランジスタQ43のベースに
接続され、第1の差動対のトランジスタQ42のコレク
タは第2の差動対のトランジスタQL2のベース、及び
第3の差動対のトランジスタQ44のベースに接続され
ている。
The collector of the transistor Q41 of the first differential pair is connected to the base of the transistor QL1 of the second differential pair and the base of the transistor Q43 of the third differential pair, and the first differential pair is connected. The collector of the transistor Q42 is connected to the base of the transistor QL2 of the second differential pair and the base of the transistor Q44 of the third differential pair.

【0020】前記第2の差動対のトランジスタQL1、
QL2の各コレクタはトランジスタQF2のベース、ト
ランジスタQF1のベースに夫々接続され、前記第4の
差動対のトランジスタQL3、QL4の各コレクタはト
ランジスタQF4のベース、トランジスタQF3のベー
スに夫々接続されている。
The second differential pair of transistors QL1,
The collectors of QL2 are connected to the base of the transistor QF2 and the base of the transistor QF1, respectively, and the collectors of the transistors QL3 and QL4 of the fourth differential pair are connected to the base of the transistor QF4 and the base of the transistor QF3, respectively. .

【0021】なお、前記スレーブ回路2のトランジスタ
Q43、Q44の各コクレタには、出力端子Q、Q(バ
ー)が夫々接続され、前記マスター回路1のトランジス
タQ41、Q42の各ベースには、夫々出力端子Q、Q
(バー)が接続されている。
Output terminals Q and Q (bars) are connected to the respective collectors of the transistors Q43 and Q44 of the slave circuit 2 and output to the bases of the transistors Q41 and Q42 of the master circuit 1, respectively. Terminal Q, Q
(Bar) is connected.

【0022】他方、前記第1の下段回路の差動対のトラ
ンジスタQ45、Q46の共通エミッタは定電流源用ト
ランジスタQ47のコレクタに接続され、前記第2の下
段回路の差動対のトランジスタQL5、QL6の共通エ
ミッタは定電流源用トランジスタQL7のコレクタに接
続されている。
On the other hand, the common emitters of the differential pair transistors Q45 and Q46 of the first lower stage circuit are connected to the collector of the constant current source transistor Q47, and the differential pair transistor QL5 of the second lower stage circuit, The common emitter of QL6 is connected to the collector of the constant current source transistor QL7.

【0023】なお、トランジスタQ47、QL7の各ベ
ースは定電流源端子VCSに接続され、各エミッタに接
続される抵抗R25、R26は電源端子VEEに接続さ
れており、また、前記トランジスタQF1〜QF4のコ
レクタ、及び負荷抵抗RL1〜RL4はグランド端子G
NDに接続されている。
The bases of the transistors Q47 and QL7 are connected to the constant current source terminal VCS, the resistors R25 and R26 connected to the respective emitters are connected to the power supply terminal VEE, and the transistors QF1 to QF4 are connected. The collector and load resistors RL1 to RL4 are ground terminals G
Connected to ND.

【0024】次に、上記のように構成された本第1の実
施例の回路動作につき説明する。
Next, the circuit operation of the first embodiment constructed as described above will be described.

【0025】本回路動作を説明する前に、図1の回路に
おいて、クロック信号がlowレベルの場合であって出
力端子Q、Q(バー)に夫々highレベル(以下H信
号と称する)、lowレベル(以下L信号と称する)の
信号が出力されているときを始状態とする。
Before explaining the operation of this circuit, in the circuit of FIG. 1, when the clock signal is at low level, the output terminals Q and Q (bar) are respectively at high level (hereinafter referred to as H signal) and low level. The start state is when the signal (hereinafter referred to as the L signal) is output.

【0026】かかる始状態において、まず、前記クロッ
ク信号がlowレベルからhighレベルになるとトラ
ンジスタQ45がオン状態となり、マスター回路1のデ
ータ読み込み用の第1の差動対が動作状態となるので、
トランジスタQ41、Q42のべースに出力端子Q(バ
ー)、QからL信号、H信号が夫々入力され、トランジ
スタQ41、Q42のコレクタには各ベースへの入力信
号の反転信号であるH信号、L信号が夫々出力される。
In the initial state, first, when the clock signal changes from the low level to the high level, the transistor Q45 is turned on, and the first differential pair for reading data of the master circuit 1 is activated.
The L signal and the H signal are input from the output terminals Q (bar) and Q to the bases of the transistors Q41 and Q42, respectively, and the H signal, which is an inverted signal of the input signal to each base, is input to the collectors of the transistors Q41 and Q42. The L signal is output respectively.

【0027】一方、前記始状態におけるスレーブ回路2
では、トランジスタQL6がオン状態となり、データ保
持用の第4の差動対が動作状態となるので、卜ランジス
タQL3、QL4のべースにH信号、L信号が入力さ
れ、トランジスタQL3、QL4のコレクタに各ベース
への入力信号の反転信号であるL信号、H信号が夫々出
力される。
On the other hand, the slave circuit 2 in the initial state
Then, since the transistor QL6 is turned on and the fourth differential pair for holding data is turned on, the H signal and the L signal are input to the bases of the transistor transistors QL3 and QL4, and the transistors QL3 and QL4 are turned on. The L signal and the H signal, which are the inverted signals of the input signal to each base, are output to the collector, respectively.

【0028】該L信号又はH信号は、エミッタフォロア
回路たるトランジスタQF4、抵抗R24、又はトラン
ジスタQF3、抵抗R23を夫々介して伝播し、前記出
力端子Q、Q(バー)にH信号、L信号が正帰還され、
該出力端子Q、Q(バー)は、前記始状態におけるクロ
ック信号がlowレベルのときの状態を夫々保持する。
The L signal or the H signal propagates through the transistor QF4 and the resistor R24, which are emitter follower circuits, or the transistor QF3 and the resistor R23, respectively, and the H signal and the L signal are output to the output terminals Q and Q (bar). Positive feedback is given,
The output terminals Q and Q (bar) respectively hold the states when the clock signal in the initial state is at the low level.

【0029】次に、前記クロック信号が前記highレ
ベルからlowレベルになると、マスター回路1では、
データ保持用の第2の差動対が動作状態となるので、ト
ランジスタQ41、Q42のコレクタに出力されていた
H信号、L信号は卜ランジスタQLl、QL2のべース
に夫々入力され、トランジスタQLl、QL2のコレク
タにはそのベースへの入力信号の反転信号であるL信
号、H信号が夫々出力される。
Next, when the clock signal changes from the high level to the low level, the master circuit 1
Since the second differential pair for holding data is in the operating state, the H signal and the L signal output to the collectors of the transistors Q41 and Q42 are input to the bases of the transistors QL1 and QL2, respectively, and the transistor QL1 is input. , QL2 outputs L signal and H signal which are inversion signals of the input signal to the base, respectively.

【0030】該L信号又はH信号は、エミッタフォロア
回路たる卜ランジスタQF2、抵抗R22、又はトラン
ジスタQFl、抵抗R21を夫々伝播し、マスター回路
1の出力であるトランジスタQ41、Q42のコレクタ
にH信号、L信号が正帰還されクロック信号がhigh
レベルのときの状態を保持する。
The L signal or the H signal propagates through the emitter follower circuit, a transistor QF2, a resistor R22, or a transistor QF1 and a resistor R21, respectively, and an H signal is output to the collectors of the transistors Q41 and Q42 which are the outputs of the master circuit 1. L signal is positively fed back and clock signal is high
Holds the state at the time of level.

【0031】一方、スレーブ回路2ではデータ読み込み
用の第3の差動対が動作状態となり、トランジスタQ4
3、Q44のべースにH信号、L信号が入力され、出力
端子Q、Q(バー)(換言すれば、トランジスタQ4
3、Q44のコレクタ)にはそのベースへの入力信号の
反転信号であるL信号、H信号がそれぞれ出力される。
On the other hand, in the slave circuit 2, the third differential pair for reading data is in operation and the transistor Q4
H and L signals are input to the bases of 3 and Q44, and output terminals Q and Q (bar) (in other words, transistor Q4
3, L and H signals, which are the inverted signals of the input signal to the base, are output to the collectors of Q3 and Q44, respectively.

【0032】以上のように、出力端子Q、Q(バー)の
出力状態は、クロック信号がhighレベルからlow
レベルに変化するときに反転する。
As described above, the output states of the output terminals Q and Q (bar) are such that the clock signal changes from the high level to the low level.
Invert when changing to a level.

【0033】上記回路動作を繰り返すことにより前記出
力端子Q、Q(バー)には、図2に示すような入力クロ
ック周波数の1/2に分周された周波数を有する信号が
出力される。
By repeating the above circuit operation, a signal having a frequency divided by half the input clock frequency as shown in FIG. 2 is output to the output terminals Q and Q (bar).

【0034】本回路構成ではデータ読み込み用の差動対
(第1又は第3の差動対)と、データ保持用の差動対
(第2又は第4の差動対)の電流パス及び負荷抵抗は独
立したものとなっている。
In this circuit configuration, the current path and load of the differential pair for reading data (first or third differential pair) and the differential pair for holding data (second or fourth differential pair). The resistance is independent.

【0035】その結果、データ保持用差動対の動作電流
及び卜ランジスタサイズを従来例に比べてさらに小さく
することができ、データ保持に必要な時間を短縮して回
路を高速化できる。さらに、データ保持用差動対の負荷
抵抗RL1、RL2のみを大きくすることができ、低速
動作時の動作余裕を大きくすることが可能である。
As a result, the operating current and the size of the transistor of the data holding differential pair can be further reduced as compared with the conventional example, the time required for holding the data can be shortened, and the circuit speed can be increased. Further, it is possible to increase only the load resistances RL1 and RL2 of the data holding differential pair, and it is possible to increase the operation margin during low speed operation.

【0036】さらに、従来回路で必要とされていたグラ
ンドと電源端子間に接続されるエミッタフォロア回路が
省略されるためにその分だけ低消費電力化が可能とな
る。
Furthermore, since the emitter follower circuit connected between the ground and the power supply terminal, which is required in the conventional circuit, is omitted, the power consumption can be reduced accordingly.

【0037】図3は、本発明の第2の実施例を示すもの
である。本実施例は、データ保持用の第2の差動対たる
トランジスタQLll、及びQLl2の共通エミッタに
卜ランジスタQLl5、及び抵抗R36から成る定電流
源、及び第4の差動対たるトランジスタQLl3、及び
QLl4の共通エミッタにトランジスタQLl6及び抵
抗R37から成る電流源を接続する構成としたものであ
る。本回路構成の場合、データ保持用差動対(第2及び
第4の差動対)は常に動作状態であるが、回路動作は上
記第1の実施例と同様である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a second differential pair transistor QLll and QLl2 for holding data has a common emitter as a common emitter and a constant current source composed of a resistor R36, and a fourth differential pair transistor QLl3. In this configuration, a common emitter of QL14 is connected to a current source including a transistor QL6 and a resistor R37. In the case of this circuit configuration, the data holding differential pair (second and fourth differential pairs) is always in the operating state, but the circuit operation is the same as that of the first embodiment.

【0038】図4は、本発明の第3の実施例に係るフリ
ップフロップ回路を示すものである。本実施例は、マス
ター回路5におけるデータ読み込み用の第1の差動対
(トランジスタQ61、Q62)の共通エミッタにトラ
ンジスタQ65のコレクタを、データ保持用の第2の差
動対(トランジスタQL21、QL22の共通エミッ
タ)にトランジスタQ66のコレクタを接続し、スレー
ブ回路6におけるデータ読み込み用の第3の差動対(ト
ランジスタQ63、Q64)の共通エミッタにトランジ
スタQ67のコレクタを、データ保持用の第4の差動対
(トランジスタQL23、QL24の共通エミッタ)に
トランジスタQ68コレクタを接続する構成したもので
ある。
FIG. 4 shows a flip-flop circuit according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the collector of the transistor Q65 is connected to the common emitter of the first differential pair (transistors Q61 and Q62) for reading data in the master circuit 5, and the second differential pair (transistors QL21 and QL22) for retaining data is used. The collector of the transistor Q66 is connected to the common emitter of the transistor Q66, and the collector of the transistor Q67 is connected to the common emitter of the third differential pair (transistors Q63 and Q64) for reading data in the slave circuit 6, and the fourth collector for holding the data is connected. In this configuration, the collector of the transistor Q68 is connected to the differential pair (common emitter of the transistors QL23 and QL24).

【0039】すなわち、卜ランジスタQ65、及びQ6
6、並びにQ67、及びQ68により第1及び第2の下
段回路を構成するようにしたものである。本実施例の回
路動作も上記第1の実施例と同様である。
That is, the transistor transistors Q65 and Q6
6, and Q67 and Q68 form the first and second lower circuits. The circuit operation of this embodiment is similar to that of the first embodiment.

【0040】本実施例の場合、データ読み込み用差動対
(第1の差動対又は第3の差動対)とデータ保持用差動
対(第2の差動対又は第4の差動対)の動作電流は等し
く、データ保持用差動対の動作電流を小さくできない
が、QL21〜QL24の卜ランジスタサイズを小さく
することができるので、回路動作を高速化することがで
きる。
In the case of the present embodiment, a data reading differential pair (first differential pair or third differential pair) and a data holding differential pair (second differential pair or fourth differential pair). The operating currents of the pair) are equal and the operating current of the data holding differential pair cannot be reduced. However, since the size of the transistor of QL21 to QL24 can be reduced, the circuit operation can be speeded up.

【0041】図5は、本発明の第4の実施例を示すもの
である。本実施例は上記第1の実施例において、データ
保持用第2の差動対のトランジスタQL31、QL32
の共通エミッタにトランジスタQL38、及び抵抗R5
7から成る定電流源、並びに第4の差動対のトランジス
タQL33、QL34の共通エミッタに卜ランジスタQ
L39及び抵抗R58からなる定電流源を付加接続する
構成としたものである。本実施例の回路動作も上記第1
の実施例と同様である。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the data holding second differential pair transistors QL31 and QL32 are provided.
Transistor QL38 and resistor R5 on the common emitter of
A constant current source composed of 7 and a common emitter of the transistors QL33 and QL34 of the fourth differential pair.
The configuration is such that a constant current source composed of L39 and a resistor R58 is additionally connected. The circuit operation of the present embodiment is also the first
This is the same as the embodiment.

【0042】本実施例の場合、上記第1の実施例と比べ
た場合、データ保持用差動対が完全に非動作状態になる
ことがないため低速動作時の動作余裕を更に大きくでき
るという利点がある。
In the case of this embodiment, as compared with the first embodiment, the data holding differential pair does not become completely inoperative, so that the operating margin can be further increased during low speed operation. There is.

【0043】以上の実施例ではトランジスタとしてバイ
ポーラトランジスタを用いた例について述ベたが、本回
路構成はFETを用いても実現可能である。また、フリ
ップフロップ回路として分周動作が可能なT型フリップ
フロップ回路の例について述ぺたが、スレーブ回路の出
力がマスター回路の入力に帰還されていない、D型フリ
ップフロップ回路についても本回路構成が適用可能であ
ることはもちろんである。
In the above-mentioned embodiments, the example using the bipolar transistor as the transistor has been described, but this circuit configuration can be realized by using the FET. Also, although an example of a T-type flip-flop circuit capable of frequency division operation as the flip-flop circuit has been described, the present circuit configuration also applies to the D-type flip-flop circuit in which the output of the slave circuit is not fed back to the input of the master circuit. Of course, it is applicable.

【0044】図6は、従来例に係るフリップフロップ回
路と上記第lの実施例に係るフリップフロップ回路につ
いて、その動作周波数範囲及び消費電力と、データ読み
込み用差動対の動作電流とデータ保持用差動対の動作電
流の比との関係のシミュレーション結果を示したもので
ある。同図に示すように、本発明に係るフリップフロッ
プ回路はデータ保持用差動対の動作電流を小さく設定し
ても低速での動作が安定であることが理解できる。ま
た、本発明に係る回路の消費電力は従来例の回路に比べ
て約1/3から1/5程度に減少しており、低消費電力
化という所期の目的を達成できたことが理解できる。
FIG. 6 shows the operating frequency range and power consumption of the flip-flop circuit according to the conventional example and the flip-flop circuit according to the first embodiment, the operating current of the data reading differential pair, and the data holding. 6 shows a simulation result of the relationship with the ratio of the operating current of the differential pair. As shown in the figure, it can be understood that the flip-flop circuit according to the present invention is stable in low-speed operation even if the operating current of the data holding differential pair is set small. Further, the power consumption of the circuit according to the present invention is reduced to about 1/3 to 1/5 of that of the circuit of the conventional example, and it can be understood that the intended purpose of low power consumption can be achieved. .

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によるスタティック型フリップフ
ロップ回路は、データ読み込み用差動対の負荷抵抗とデ
ータ保持用差動対の負荷抵抗を分離した構成とすること
により、各々の差動対の利得を別個に設定することがで
き、回路動作の高速性を損なうことなく低速動作時の動
作余裕を確保できる一方、低消費電力化を実現できる。
In the static flip-flop circuit according to the present invention, the load resistance of the differential pair for reading data and the load resistance of the differential pair for holding data are separated so that the gain of each differential pair is increased. Can be set separately, and an operating margin can be secured during low-speed operation without impairing high-speed circuit operation, while low power consumption can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施例に係るフリップフロップの回路動作を
説明するための信号波形図である。
FIG. 2 is a signal waveform diagram for explaining the circuit operation of the flip-flop according to this embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】動作周波数範囲および消費電力と、データ読み
込み用差動対とデータ保持用差動対の両動作電流の比の
関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an operating frequency range and power consumption, and a ratio of both operating currents of a data reading differential pair and a data holding differential pair.

【図7】従来のスタティック型フリップフロップ回路の
第1の例を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a first example of a conventional static flip-flop circuit.

【図8】従来のスタティック型フリツプフロップ回路の
第2の例を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a second example of a conventional static flip-flop circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、3、5、7 マスター回路、 2、4、6、8 スレーブ回路、 Q41、Q42 トランジスタ(第1の差動対)、 QL1、QL2 トランジスタ(第2の差動対)、 Q43、Q44 トランジスタ(第3の差動対)、 QL3、QL4 トランジスタ(第4の差動対)、 RL1、RL2、RL3、RL4 負荷抵抗、 Q45、QL5、Q46、QL6 トランジスタ(下段
回路)。
1, 3, 5, 7 master circuit, 2, 4, 6, 8 slave circuit, Q41, Q42 transistor (first differential pair), QL1, QL2 transistor (second differential pair), Q43, Q44 transistor (Third differential pair), QL3, QL4 transistors (fourth differential pair), RL1, RL2, RL3, RL4 load resistors, Q45, QL5, Q46, QL6 transistors (lower circuit).

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マスター回路とスレーブ回路とを備え、
前記マスター回路は、一対のトランジスタにより構成さ
れたデータ読み込み用の第1の差動対、及び一対のトラ
ンジスタにより構成されたデータ保持用の第2の差動対
から成る第1の上段回路を有し、前記スレーブ回路は、
一対のトランジスタにより構成されたデータ読み込み用
の第3の差動対、及び一対のトランジスタにより構成さ
れたデータ保持用の第4の差動対から成る第2の上段回
路を有し、一方、クロック信号の第1及び第2の信号状
態を入力する第1及び第2の下段回路を有し、前記クロ
ック信号が前記第1の信号状態から第2の信号状態へ移
行したとき、前記第1の差動対及び前記第4の差動対を
作動させて従前の第1の出力状態を保持し、前記クロッ
ク信号が前記第2の信号状態から第1の信号状態へ移行
したとき、前記第2の差動対及び前記第3の差動対を作
動させて第2の出力状態を得るようにしたスタティック
型フリップフロップ回路において、前記第1乃至第4の
差動対を構成する各一対のトランジスタのコレクタ
は、夫々各別の負荷抵抗が接続されたことを特徴とする
スタティック型フリップフロップ回路。
1. A master circuit and a slave circuit are provided,
The master circuit has a first upper stage circuit including a first differential pair for reading data, which is composed of a pair of transistors, and a second differential pair for holding data, which is composed of a pair of transistors. However, the slave circuit is
It has a second upper stage circuit composed of a third differential pair for reading data composed of a pair of transistors and a fourth differential pair for holding data composed of a pair of transistors, while having a clock A first and a second lower stage circuit for inputting first and second signal states of a signal, and when the clock signal shifts from the first signal state to the second signal state, the first The second pair is activated when the differential pair and the fourth differential pair are operated to maintain the previous first output state and the clock signal transitions from the second signal state to the first signal state. Static type flip-flop circuit for operating the differential pair and the third differential pair to obtain the second output state, the pair of transistors forming the first to fourth differential pairs. to the collector, respectively, of each different load Static flip-flop circuit, wherein the anti has been connected.
【請求項2】 請求項1において、マスター回路の第2
の差動対及びスレーブ回路の第4の差動対を構成する各
一対のトランジスタは、夫々のエミッタが共通に接続さ
れており、該共通に接続されたエミッタの各々には、電
流源用トランジスタが夫々接続されていることを特徴と
するスタティック型フリップフロップ回路。
2. The second master circuit according to claim 1,
Of the pair of transistors forming the differential pair of the above-mentioned differential pair and the fourth differential pair of the slave circuit are connected in common, and each of the commonly connected emitters is connected to a current source transistor. A static flip-flop circuit characterized by being connected to each other.
【請求項3】 請求項lにおいて、第1の下段回路は、
夫々のエミッタが共通に接続された一対のA、Bのトラ
ンジスタにより構成され、第2の下段回路は、夫々のエ
ミッタが共通に接続された一対のC、Dのトランジスタ
により構成され、前記Aのトランジスタのコレクタは第
1の差動対を構成する一対のトランジスタの共通に接続
されたエミッタに接続され、前記Bのトランジスタのコ
レクタは第3の差動対を構成する一対のトランジスタの
共通に接続されたエミッタに接続され、前記Cのトラン
ジスタのコレクタは第2の差動対を構成する一対のトラ
ンジスタの共通に接続されたエミッタに接続され、前記
Dのトランジスタのコレクタは第4の差動対を構成する
一対のトランジスタの共通に接続されたエミッタに接続
されていることを特徴とするスタティック型フリップフ
ロップ回路。
3. The first lower circuit according to claim 1, wherein
The second lower-stage circuit is composed of a pair of C and D transistors whose emitters are commonly connected, and the second lower circuit is composed of a pair of C and D transistors whose emitters are commonly connected. The collector of the transistor is connected to the commonly connected emitter of the pair of transistors forming the first differential pair, and the collector of the B transistor is connected to the common of the pair of transistors forming the third differential pair. And a collector of the C transistor is connected to a commonly connected emitter of a pair of transistors forming a second differential pair, and a collector of the D transistor is connected to a fourth differential pair. A static flip-flop circuit, characterized in that the static flip-flop circuit is connected to the commonly connected emitters of a pair of transistors constituting the.
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