JP3060494B2 - フリップフロップ - Google Patents

フリップフロップ

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JP3060494B2
JP3060494B2 JP2199888A JP19988890A JP3060494B2 JP 3060494 B2 JP3060494 B2 JP 3060494B2 JP 2199888 A JP2199888 A JP 2199888A JP 19988890 A JP19988890 A JP 19988890A JP 3060494 B2 JP3060494 B2 JP 3060494B2
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fet
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gate
output terminal
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行夫 宮武
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NEC Corp
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、フリップフロップに関するものである。
(従来の技術) 差動増幅回路を用いた従来のフリップフロップの一例
を第2図に示す。第2図において、201,202,203,204,20
5,206,207,208,209,210,211はFET、212,213は抵抗器、2
14,215,216,217はダイオード、218はデータ入力端子、2
19は反転データ入力端子、220はクロック入力端子、221
は反転クロック入力端子、222は出力端子、223は反転出
力端子、224は接地、225は電源端子、226は定電流源用
電源である。
第2図に示すように、従来の差動増幅回路を用いたD
型フリップフロップの特徴は、データ入力とクロック入
力に、縦積みのFETを用いることであった。
(発明が解決しようとする課題) 第2図に示した従来のフリップフロップにおいては、
スイッチング動作するFETの位置でディレイタイムが大
きく変化する。これは、入力信号の変化に対するゲート
・ドレイン間及びゲート・ソース間の電圧の変動量が異
なるからである。データをラッチする時間は最も遅いFE
Tに依存するから、各FETの特性のバラツキが高速化を妨
げる原因となっていた。
また、FETの特性のバラツキを考慮すると、差動増幅
部の利得を高める必要があり、FETのゲート幅を広げる
等の対策が不可欠になる。しかしながら、これは入力端
子側からみれば、FETのゲート幅に比例して入力容量が
増大することとなり、高速化を損なうことになってい
た。その上、FETの縦積みを用いると、FETのゲート幅は
縦積み段数倍する必要があり、高速化は一層図りにくく
なる。
(課題を解決するための手段) 本発明に係る第1のフリップフロップは、 一端が第1の電源に接続された第1の抵抗器と、該第
1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続してある第1の
FETと、一端が前記第1の電源に接続された第2の抵抗
器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
ある第2のFETと、出力端子が第2の電源に接続された
定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子に入力端子
が接続してある第1のレベルシフト部と、前記第1のFE
Tのドレイン端子に入力端子が接続してある第2のレベ
ルシフト部と、ソース端子が前記第1のFETのゲート端
子に接続してある第3のFETと、ソース端子が前記第2
のFETのゲート端子に接続してある第4のFETからなり、
前記第1のレベルシフト部の出力端子は前記第1のFET
のゲート端子に接続してあり、前記第2のレベルシフト
部の出力端子は前記第2のFETのゲート端子に接続して
あり、前記第1のFETのソース端子と前記第2のFETのソ
ース端子とは前記定電流源の入力端子に接続してあり、
前記第3のFETのドレイン端子を第1の入力端子とし、
前記第4のFETのドレイン端子を第2の入力端子とし、
前記第3のFETのゲート端子と前記第4のFETのゲート端
子とを接続して第3の入力端子とし、前記第1のレベル
シフト部の出力端子を第1の出力端子とし、前記第2の
レベルシフト部の出力端子を第2の出力端子とすること
を特徴とする。
本発明に係る第2のフリップフロップは、 一端が第1の電源に接続された第1の抵抗器と、該第
1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続してある第1の
FETと、一端が前記第1の電源に接続された第2の抵抗
器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
ある第2のFETと、出力端子が第2の電源に接続された
定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子に入力端子
が接続してある第1および第3のレベルシフト部と、前
記第1のFETのドレイン端子に入力端子が接続してある
第2および第4のレベルシフト部と、ソース端子が前記
第1のFETのゲート端子に接続してある第3のFETと、ソ
ース端子が前記第2のFETのゲート端子に接続してある
第4のFETからなり、前記第1のレベルシフト部の出力
端子は前記第1のFETのゲート端子に接続してあり、前
記第2のレベルシフト部の出力端子は前記第2のFETの
ゲート端子に接続してあり、前記第1のFETのソース端
子と前記第2のFETのソース端子とは前記定電流源の入
力端子に接続してあり、前記第3のFETのドレイン端子
を第1の入力端子とし、前記第4のFETのドレイン端子
を第2の入力端子とし、前記第3のFETのゲート端子と
前記第4のFETのゲート端子とを接続して第3の入力端
子とし、前記第3のレベルシフト部の出力端子を第1の
出力端子とし、前記第4のレベルシフト部の出力端子を
第2の出力端子とすることを特徴とする。
本発明に係る第3のフリップフロップは、 一端が第1の電源に接続された第1の抵抗器と、該第
1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続してある第1の
FETと、一端が前記第1の電源に接続された第2の抵抗
器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
ある第2のFETと、出力端子が第2の電源に接続された
定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子に入力端子
が接続してある第1のレベルシフト部と、前記第1のFE
Tのドレイン端子に入力端子が接続してある第2のレベ
ルシフト部と、ソース端子が前記第1のFETのゲート端
子に接続してある第3のFETと、ソース端子が前記第2
のFETのゲート端子に接続してある第4のFETと、ドレイ
ン端子が前記第1のレベルシフト部の出力端子に接続し
てある第5のFETと、ドレイン端子が前記第2のレベル
シフト部の出力端子に接続してある第6のFETとからな
り、前記第5のFETのソース端子は前記第1のFETのゲー
ト端子に接続してあり、前記第6のFETのソース端子は
前記第2のFETのゲート端子に接続してあり、前記第1
のFETのソース端子と前記第2のFETのソース端子とは前
記定電流源の入力端子に接続してあり、前記第3のFET
のドレイン端子を第1の入力端子とし、前記第4のFET
のドレイン端子を第2の入力端子とし、前記第3のFET
のゲート端子と前記第4のFETのゲート端子とを接続し
て第3の入力端子とし、前記第5のFETのゲート端子と
前記第6のFETのゲート端子とを接続して第4の入力端
子とし、前記第1のレベルシフト部の出力端子を第1の
出力端子とし、前記第2のレベルシフト部の出力端子を
第2の出力端子とすることを特徴とする。
(実施例) 次に、本発明について図面を参照して説明する。第1
図は本発明に係る第1のフリップフロップの一実施例を
示す図である。第1図において、101,102は抵抗器、10
3,104,105,106はFET、107は定電流源、108,109はレベル
シフト部、110は電源端子、111はデータ入力端子、112
は反転データ入力端子、113は出力端子、114は反転出力
端子、115はクロック入力端子、116は接地である。
このフリップフロップは、クロック付きのRSフリップ
フロップである。このような構成を取ると、FETの縦積
みを作る必要が無いから、動作マージンを保ちつつ高速
化が図れる。このフリップフロップでは、クロック入力
によって、データ入力端子と出力端子とが接続されるこ
とがあるが、データ入力端子に接続するゲートをパワー
ゲート等の負荷駆動能力の高いゲートにすれば、高速性
を損なうことなく安定動作させることができる。
また、第3図に示すような本発明に係る第2のフリッ
プフロップを用いれば、フリップフロップの出力に高い
負荷駆動能力をもたせることができる。第3図におい
て、301,302は抵抗器、303,304,305,306はFET、307は定
電流源、308,309,310,311はレベルシフト部、312は電源
端子、313はデータ入力端子、314は反転データ入力端
子、315は出力端子、316は反転出力端子、317はクロッ
ク入力端子、318は接地である。
このフリップフロップは、データ入力端子313,314に
接続されているレベルシフト部308,309から流れる電流
量を制限することにより、データ入力端子に接続してあ
る論理素子との干渉を論理動作に影響がない程度にまで
押さえることができる。これば、レベルシフト部308,30
9がFET303,304のゲート端子の電位を保持するだけの機
能しか有しておらず、電流量を制限することでフリップ
フロップの性能を大きく左右することがないからであ
る。また、レベルシフト部310,311から出力端子に流れ
る電流量を増加させ、バッファ回路として用いること
で、負荷駆動能力を高めることもできる。
これらの第1図および第3図のフリップフロップを用
いたシフトレジスタの一例を第5図に示す。第5図にお
いて、501,502,503は第3図のフリップフロップ、504は
第1図のフリップフロップ、505はインバータ、506はデ
ータ入力端子、507は反転データ入力端子、508はクロッ
ク入力端子、509は出力端子である。第5図に示すよう
に、次段に第1図または第3図のフリップフロップを用
いる場合のその前段のフリップフロップとしては、バッ
ファ回路を用いることができる第3のフリップフロップ
が適している。しかし、第5図に示すように、次段にイ
ンバータ等を用いる場合には高い負荷駆動能力を必要と
しないから、その前段のフリップフロップとしては素子
数が少なくてすむ第1図のフリップフロップが適してい
る。
あるいは、第4図に示す本発明に係る第3のフリップ
フロップのように、クロックとその反転信号を用いてデ
ータ入力端子と差動増幅部の出力を切り替えることで、
データ入力端子において生じる干渉を押さえることも可
能である。第4図において、401,402は抵抗器、403,40
4,405,406,407,408はFET、409は定電流源、410,411はレ
ベルシフト部、412は電源端子、413はデータ入力端子、
414は反転データ入力端子、415は出力端子、416は反転
出力端子、417はクロック入力端子、418は反転クロック
入力端子、419は接地である。このフリップフロップ
は、クロックがハイレベルの場合にはデータ入力端子41
3及び反転データ入力端子414を、ローレベルの場合には
出力端子415及び反転出力端子416を差動部のFETの403,4
04に接続することにより、データをラッチする。この第
4図のフリップフロップはクロックの反転信号を必要と
するが、第3図のフリップフロップに比べて少ない素子
数でシフトレジスタ等を構成できる。
(発明の効果) 以上に詳しく説明した様に、本発明によれば、高速動
作が可能なフリップフロップを構成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る第1のフリップフロップの一実施
例を示す図、第2図は従来の差動増幅回路を用いたD型
フリップフロップを示す図、第3図は本発明に係る第2
のフリップフロップの一実施例を示す図、第4図は本発
明に係る第3のフリップフロップの一実施例を示す図、
第5図は第1図のフリップフロップと第2図のフリップ
フロップを用いて構成したシフトレジスタの一例を示す
図である。 101,102,212,213,301,302,401,402……抵抗器、103,10
4,105,106,201,202,203,204,205,206,207,208,209,210,
211,303,304,305,306,403,404,405,406,407,408……FE
T、107,307,409……定電流源、108,109,308,309,310,31
1,410,411……レベルシフト部、110,225,226,312,412…
…電源端子、111,218,313,413,506……データ入力端
子、112,219,314,414……反転データ入力端子、113,22
2,315,415,509……出力端子、114,223,316,416……反転
出力端子、115,220,317,417,508……クロック入力端
子、116,224,318,419……接地、214,215,216,217……ダ
イオード、221,418……反転クロック入力端子、501,50
2,503……第3図のフリップフロップ、504……第1図の
フリップフロップ、505……インバータ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が第1の電源に接続された第1の抵抗
    器と、該第1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
    ある第1のFETと、一端が前記第1の電源に接続された
    第2の抵抗器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子
    が接続してある第2のFETと、出力端子が第2の電源に
    接続された定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子
    に入力端子が接続してある第1のレベルシフト部と、前
    記第1のFETのドレイン端子に入力端子が接続してある
    第2のレベルシフト部と、ソース端子が前記第1のFET
    のゲート端子に接続してある第3のFETと、ソース端子
    が前記第2のFETのゲート端子に接続してある第4のFET
    からなり、前記第1のレベルシフト部の出力端子は前記
    第1のFETのゲート端子に接続してあり、前記第2のレ
    ベルシフト部の出力端子は前記第2のFETのゲート端子
    に接続してあり、前記第1のFETのソース端子と前記第
    2のFETのソース端子とは前記定電流源の入力端子に接
    続してあり、前記第3のFETのドレイン端子を第1の入
    力端子とし、前記第4のFETのドレイン端子を第2の入
    力端子とし、前記第3のFETのゲート端子と前記第4のF
    ETのゲート端子とを接続して第3の入力端子とし、前記
    第1のレベルシフト部の出力端子を第1の出力端子と
    し、前記第2のレベルシフト部の出力端子を第2の出力
    端子とすることを特徴とするフリップフロップ。
  2. 【請求項2】一端が第1の電源に接続された第1の抵抗
    器と、該第1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
    ある第1のFETと、一端が前記第1の電源に接続された
    第2の抵抗器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子
    が接続してある第2のFETと、出力端子が第2の電源に
    接続された定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子
    に入力端子が接続してある第1および第3のレベルシフ
    ト部と、前記第1のFETのドレイン端子に入力端子が接
    続してある第2および第4のレベルシフト部と、ソース
    端子が前記第1のFETのゲート端子に接続してある第3
    のFETと、ソース端子が前記第2のFETのゲート端子に接
    続してある第4のFETからなり、前記第1のレベルシフ
    ト部の出力端子は前記第1のFETのゲート端子に接続し
    てあり、前記第2のレベルシフト部の出力端子は前記第
    2のFETのゲート端子に接続してあり、前記第1のFETの
    ソース端子と前記第2のFETのソース端子とは前記定電
    流源の入力端子に接続してあり、前記第3のFETのドレ
    イン端子を第1の入力端子とし、前記第4のFETのドレ
    イン端子を第2の入力端子とし、前記第3のFETのゲー
    ト端子と前記第4のFETのゲート端子とを接続して第3
    の入力端子とし、前記第3のレベルシフト部の出力端子
    を第1の出力端子とし、前記第4のレベルシフト部の出
    力端子を第2の出力端子とすることを特徴とするフリッ
    プフロップ。
  3. 【請求項3】一端が第1の電源に接続された第1の抵抗
    器と、該第1の抵抗器の他端にドレイン端子が接続して
    ある第1のFETと、一端が前記第1の電源に接続された
    第2の抵抗器と、該第2の抵抗器の他端にドレイン端子
    が接続してある第2のFETと、出力端子が第2の電源に
    接続された定電流源と、前記第2のFETのドレイン端子
    に入力端子が接続してある第1のレベルシフト部と、前
    記第1のFETのドレイン端子に入力端子が接続してある
    第2のレベルシフト部と、ソース端子が前記第1のFET
    のゲート端子に接続してある第3のFETと、ソース端子
    が前記第2のFETのゲート端子に接続してある第4のFET
    と、ドレイン端子が前記第1のレベルシフト部の出力端
    子に接続してある第5のFETと、ドレイン端子が前記第
    2のレベルシフト部の出力端子に接続してある第6のFE
    Tとからなり、前記第5のFETのソース端子は前記第1の
    FETのゲート端子に接続してあり、前記第6のFETのソー
    ス端子は前記第2のFETのゲート端子に接続してあり、
    前記第1のFETのソース端子と前記第2のFETのソース端
    子とは前記定電流源の入力端子に接続してあり、前記第
    3のFETのドレイン端子を第1の入力端子とし、前記第
    4のFETのドレイン端子を第2の入力端子とし、前記第
    3のFETのゲート端子と前記第4のFETのゲート端子とを
    接続して第3の入力端子とし、前記第5のFETのゲート
    端子と前記第6のFETのゲート端子とを接続して第4の
    入力端子とし、前記第1のレベルシフト部の出力端子を
    第1の出力端子とし、前記第2のレベルシフト部の出力
    端子を第2の出力端子とすることを特徴とするフリップ
    フロップ。
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