JP3178610B2 - Static CMOS flip-flop circuit - Google Patents

Static CMOS flip-flop circuit

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JP3178610B2
JP3178610B2 JP03899791A JP3899791A JP3178610B2 JP 3178610 B2 JP3178610 B2 JP 3178610B2 JP 03899791 A JP03899791 A JP 03899791A JP 3899791 A JP3899791 A JP 3899791A JP 3178610 B2 JP3178610 B2 JP 3178610B2
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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GHz帯で動作する超高
速CMOSフリップフロップ回路に係わり、特に、超小
型携帯電話機等に使われる周波数シンセサイザーの構成
要素である低電力・超高速プリスケーラーICに好適な
回路構成法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-high-speed CMOS flip-flop circuit operating in the GHz band, and more particularly to a low-power and ultra-high-speed prescaler IC which is a component of a frequency synthesizer used in a miniature portable telephone. It relates to a preferred circuit configuration method.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化社会の進展に伴い、自動車電話・
携帯電話等の移動体通信機器の需要が急激に伸びてい
る。これら移動体通信機器の小型・軽量化にはプリスケ
ーラー等の周波数シンセサイザーに用いられる回路の消
費電力低減によってバッテリ容積・重量を削減すること
が最も効果的である。一方、移動体通信の利用の拡大に
よって、この用途に割り当てられていた周波数帯は高周
波化している。即ち、従来の800MHz帯から1.5G
Hz帯さらには3.0GHz帯が予定されている。こうし
た動向に対応して上述のプリスケーラー回路等の高速化
要求が高まっている。
2. Description of the Related Art With the development of the information society, automobile phones and
Demand for mobile communication devices such as mobile phones is growing rapidly. The most effective way to reduce the size and weight of these mobile communication devices is to reduce the battery volume and weight by reducing the power consumption of circuits used in frequency synthesizers such as prescalers. On the other hand, the frequency band allocated to this use is increasing in frequency due to the expansion of use of mobile communication. That is, 1.5 G from the conventional 800 MHz band
The Hz band and further the 3.0 GHz band are planned. In response to such a trend, there is an increasing demand for higher speeds of the above-described prescaler circuit and the like.

【0003】さて、このような状況にあって、従来、プ
リスケーラー回路はGaAs−ICやSiバイポーラー
ICで構成されていた。移動体通信機器の低システムコ
スト化や低消費電力化の観点からすれば、システム全体
の完全CMOS化が望ましいが、従来のCMOS回路で
はGHz帯での安定な高速動作は困難であった。
Under such circumstances, conventionally, the prescaler circuit has been constituted by a GaAs-IC or a Si bipolar IC. From the viewpoint of reducing the system cost and power consumption of mobile communication equipment, it is desirable to use a complete CMOS system, but it has been difficult for a conventional CMOS circuit to perform stable high-speed operation in the GHz band.

【0004】そこで、最初にプリスケーラーICの構成
要素であるCMOSフリップフロップ回路について従来
の回路技術を概観する。従来、CMOSフリップフロッ
プ回路には高速動作に優れたダイナミック型と動作の安
定性に優れたスタティック型がある。図1に最も高速性
に優れたクロッド・インバータ型のダイナミック回路
を、図3に代表的なスタティック回路をそれぞれ示して
いる。
[0004] First, the conventional circuit technology of the CMOS flip-flop circuit, which is a component of the prescaler IC, will be outlined. Conventionally, CMOS flip-flop circuits include a dynamic type which is excellent in high-speed operation and a static type which is excellent in operation stability. The dynamic circuit of clock de inverter type in which most excellent high speed in FIG. 1, showing each representative static circuit in FIG 3.

【0005】図1に示したダイナミックフリップフロッ
プはマスター及びスレーブの二つのクロックドインバー
タより構成されている。図1において、Pチャネルトラ
ンジスタ1,Nチャネルトランジスタ2,CMOSイン
バータ3はクロックドインバータ4を構成する。Pチャ
ネルトランジスタ5,Nチャネルトランジスタ6,CM
OSインバータ7はクロックドインバータ8を構成し、
出力Qを得る。CMOSインバータ9は反転出力Q’を
得るバッファ回路を構成する。この反転出力Q’は入力
Dに帰還されている。CMOSインバータ10は上記各
クロックドインバータを制御するためのクロック信号C
の反転信号C’を得るためのバッファ回路を構成する。
The dynamic flip-flop shown in FIG. 1 comprises two clocked inverters, a master and a slave. In FIG. 1, a P-channel transistor 1, an N-channel transistor 2, and a CMOS inverter 3 constitute a clocked inverter 4. P-channel transistor 5, N-channel transistor 6, CM
The OS inverter 7 constitutes a clocked inverter 8,
Obtain the output Q. The CMOS inverter 9 forms a buffer circuit for obtaining an inverted output Q '. This inverted output Q 'is fed back to the input D. The CMOS inverter 10 has a clock signal C for controlling each of the clocked inverters.
Of a buffer circuit for obtaining an inverted signal C ′ of the above.

【0006】この図1の回路において、初期状態をクロ
ック信号=H(highレベル)、クロックドインバ
ータ4の出力A=H、クロックドインバータ8の出力Q
=L(lowレベル)と定める。そうするとPチャネル
トランジスタ1、Nチャネルトランジスタ2は共にオフ
(非導通)状態となるから、クロックドインバータ4は
不動作状態となっている。従って、クロック信号=H
の期間、CMOSインバータ3のソース・ドレイン接合
容量Cjと次段のCMOSインバータ7のゲート容量出
力Cgの合成容量Cl(=Cj+Cg)に蓄えられた電
荷によって‘H’レベルの信号が維持されている。一
方、Pチャネルトランジスタ5,Nチャネルトランジス
タ6は共にオン(導通)状態となるから、クロックドイ
ンバータ8は動作状態となっている。従って、クロック
ドインバータ8は前段のクロックドインバータ4の出力
A=‘H’レベルを受けて、‘L’レベルの信号を出力
する。更に、この出力はCMOSインバータ9により反
転されて‘H’レベルとなって入力Dに帰還されてい
る。クロック信号=Hの期間においては、CMOSイ
ンバータ9のソース・ドレイン接合容量Cjと次段のC
MOSインバータ3のゲート容量Cgとの合成容量C3
(=Cj+Cg)は電源電圧VDD(‘H’レベルと同
電位)で充電される。
In the circuit of FIG. 1, the initial state is such that the clock signal C = H (high level), the output A of the clocked inverter 4 = H, and the output Q of the clocked inverter 8
= L (low level). Then, both P-channel transistor 1 and N-channel transistor 2 are turned off (non-conductive), so that clocked inverter 4 is in a non-operating state. Therefore, the clock signal C = H
During the period, the signal at the “H” level is maintained by the charge stored in the combined capacitance Cl (= Cj + Cg) of the source-drain junction capacitance Cj of the CMOS inverter 3 and the gate capacitance output Cg of the CMOS inverter 7 in the next stage. . On the other hand, the P-channel transistor 5 and the N-channel transistor 6 are both turned on (conducting), so that the clocked inverter 8 is operating. Therefore, the clocked inverter 8 receives the output A = “H” level of the preceding clocked inverter 4 and outputs a signal of “L” level. Further, this output is inverted by the CMOS inverter 9 to become “H” level and is fed back to the input D. During the period of the clock signal C = H, the source-drain junction capacitance Cj of the CMOS inverter 9 and the next stage C
Combined capacitance C3 with gate capacitance Cg of MOS inverter 3
(= Cj + Cg) is charged with the power supply voltage VDD (the same potential as the “H” level).

【0007】次にクロック信号が‘L’レベルに変化
すると、クロックドインバータ4は動作状態となり、ク
ロックドインバータ8は不動作状態となる。その結果、
クロックドインバータ4は入力Dの‘H’レベルを受け
て‘L’レベルを出力する。即ち、クロック信号=L
の期間では、合成容量Clの放電が続く。一方、出力Q
はクロックドインバータ8が不動作状態となるため、合
成容量C2(CMOSインバータ7のソース・ドレイン
接合容量Cjと次段のCMOSインバータ9のゲート容
量Cgとの合成容量)によって‘L’レベルの信号が保
持される。出力Qの信号レベルが‘L’レベルでCMO
Sインバータ9の論理しきい値以下に保たれている間
は、‘H’レベルが入力Dに帰還されている。
Next, when the clock signal C changes to the "L" level, the clocked inverter 4 is activated and the clocked inverter 8 is deactivated. as a result,
The clocked inverter 4 receives the "H" level of the input D and outputs the "L" level. That is, the clock signal C = L
In the period, the discharge of the combined capacitance Cl continues. On the other hand, the output Q
Since the clocked inverter 8 is in an inactive state, the signal at the “L” level is generated by the combined capacitance C2 (the combined capacitance of the source-drain junction capacitance Cj of the CMOS inverter 7 and the gate capacitance Cg of the next-stage CMOS inverter 9). Is held. When the signal level of output Q is 'L'
The “H” level is fed back to the input D while it is kept below the logical threshold value of the S inverter 9.

【0008】次にクロック信号が‘H’レベルに変化す
ると、クロックドインバータ4は動作状態となり、ク
ロックドインバータ8は動作状態となる。その結果、ク
ロックドインバータ4の出力Aは‘L’レベルに維持さ
れ、出力Qの信号レベルが‘L’レベルから‘H’レベ
ルに、反転出力Q’の信号レベルが‘H’レベルから
‘L’レベルに変化する。以上のようなクロック信号変
化で同様の変化を繰り返すため、図1の回路動作は図2
の波形図のようになる。
[0008] Then the clock signal changes 'H' level, the clocked inverter 4 becomes inoperative, the clocked inverter 8 becomes operating state. As a result, the output A of the clocked inverter 4 is maintained at 'L' level, the signal level of the output Q changes from 'L' level to 'H' level, and the signal level of the inverted output Q 'changes from' H 'level to' H 'level. It changes to L 'level. Since the same change is repeated by the above clock signal change, the circuit operation of FIG.
It becomes like the waveform diagram of.

【0009】図1に示した回路は高速動作性に優れてお
り、本願発明者らは0.2μm級のゲート長を有したCM
OSプロセスを用いて上記の回路を構成し、電源電圧
(VDD)2Vで3.2GHzの分周動作を確認してい
る。図10に最高動作周波数の電源電圧依存性を示す
(文献:Y.Kado,Y.Okazaki,M.Suzuki,and T.Kobayashi;
Electronics Letters,1990,Vol.26,No.20,pp1684) 。こ
れにより、GHz帯で動作する低消費電力・超高速CM
OS・LSI実現の見通しが得られ、将来、移動体通信
で用いられる低電力・3GHz帯周波数シンセサイザー
への応用が期待されている。
The circuit shown in FIG. 1 is excellent in high-speed operation, and the present inventors have developed a CM having a gate length of 0.2 μm class.
The above circuit is configured using the OS process, and a 3.2 GHz frequency division operation at a power supply voltage (VDD) of 2 V has been confirmed. FIG. 10 shows the power supply voltage dependence of the maximum operating frequency (references: Y. Kado, Y. Okazaki, M. Suzuki, and T. Kobayashi;
Electronics Letters, 1990, Vol. 26, No. 20, pp1684). As a result, low power consumption and ultra-high-speed CM operating in GHz band
The prospect of OS / LSI realization is obtained, and application to a low power 3 GHz band frequency synthesizer used in mobile communication is expected in the future.

【0010】一方、動作の安定性に優れたCMOS構成
のスタティック型フリップフロップとしては図3の如き
ものが使用されていた。図3において、トランスファー
ゲート31,32,35,36及びインバータ33,3
4,37,38,39,10は何れもPチャネルトラン
ジスタとNチャネルトランジスタよりなるCMOS構成
となっている。インバータ33に対してインバータ34
及びトランスファーゲート32は帰還回路を構成してお
り、トランスファーゲート32が導通状態の時マスター
側の信号を保持する機能を有する。同様にインバータ3
7,38及びトランスファーゲート36はトランスファ
ーゲート36が導通状態の時スレーブ側の信号を保持す
る機能を有する。スレーブ側の出力Qはインバータ39
で反転されて入力Dに帰還される。CMOSインバータ
10は上記各トランスファーゲートを制御するためのク
ロック信号Cの反転信号C’を得るためのバッファ回路
を構成する。
On the other hand, as a CMOS type static flip-flop excellent in operation stability, a flip-flop as shown in FIG. 3 has been used. In FIG. 3, transfer gates 31, 32, 35, 36 and inverters 33, 3
Each of 4, 37, 38, 39, and 10 has a CMOS configuration including a P-channel transistor and an N-channel transistor. Inverter 34 versus inverter 34
The transfer gate 32 forms a feedback circuit, and has a function of holding a master-side signal when the transfer gate 32 is in a conductive state. Similarly, inverter 3
7, 38 and the transfer gate 36 have a function of holding a signal on the slave side when the transfer gate 36 is conductive. The output Q on the slave side is the inverter 39
And is fed back to the input D. The CMOS inverter 10 constitutes a buffer circuit for obtaining an inverted signal C 'of the clock signal C for controlling each transfer gate.

【0011】この図3の回路において、初期状態をクロ
ック信号=H(highレベル)、出力Q=L(lo
wレベル)と定める。トランスファーゲート31は導通
状態となり、トランスファーゲート32は非導通状態と
なるので、マスター側のインバータ33は‘H’レベル
の入力を受けて‘L’レベルを出力する。一方、スレー
ブ側ではトランスファーゲート35は非導通状態とな
り、トランスファーゲート36は導通状態となるので、
マスター側との信号伝達経路は遮断され、出力Qのlo
wレベルを保持している。
In the circuit of FIG. 3, the initial state is such that the clock signal C = H (high level) and the output Q = L (lo
w level). Transfer gate 31 is turned on, and transfer gate 32 is turned off, so that master-side inverter 33 receives the "H" level input and outputs the "L" level. On the other hand, on the slave side, the transfer gate 35 is turned off and the transfer gate 36 is turned on.
The signal transmission path to the master side is cut off, and the output Q
w level is held.

【0012】次にクロック信号が‘L’レベルに変化す
ると、トランスファーゲート31,36が非導通状態、
トランスファーゲート32,35が導通状態となる。そ
の結果、マスター側では‘L’レベルの信号が保持さ
れ、マスター側からスレーブ側にトランスファーゲート
35を通して‘L’レベルの信号が伝達される。従っ
て、出力Qは‘L’レベルから‘H’レベルに変化す
る。
Next, when the clock signal changes to the "L" level, the transfer gates 31 and 36 are turned off,
The transfer gates 32 and 35 become conductive. As a result, the "L" level signal is held on the master side, and the "L" level signal is transmitted from the master side to the slave side through the transfer gate 35. Therefore, the output Q changes from 'L' level to 'H' level.

【0013】次にクロック信号が‘H’レベルに変化す
ると、トランスファーゲート31,36が導通状態、ト
ランスファーゲート32,35が非導通状態となる。そ
の結果、スレーブ側では‘H’レベルの信号が保持さ
れ、スレーブ側からマスター側にインバータ39を介し
て‘L’レベルの信号が入力Dに帰還される。以上のよ
うなクロック信号変化で同様の変化を繰り返すため、図
3の回路動作は図4の波形図のようになる。0.2μm級
のゲート長を有したCMOSプロセスを用いて上記の回
路を構成した場合の、最高分周動作周波数の電源電圧依
存性を図10に示す。電源電圧2Vで2GHz動作が可
能であり、信号の保持動作をするフリップフロップ要素
を有しているため、低周波からの安定動作が可能であ
る。
Next, when the clock signal changes to the "H" level, the transfer gates 31 and 36 are turned on and the transfer gates 32 and 35 are turned off. As a result, the "H" level signal is held on the slave side, and the "L" level signal is fed back to the input D from the slave side to the master side via the inverter 39. Since the same change is repeated by the above clock signal change, the circuit operation of FIG. 3 is as shown in the waveform diagram of FIG. FIG. 10 shows the power supply voltage dependency of the highest frequency division operating frequency when the above-described circuit is configured using a CMOS process having a gate length of 0.2 μm class. A 2 GHz operation can be performed at a power supply voltage of 2 V, and a flip-flop element that performs a signal holding operation is provided. Therefore, stable operation from a low frequency is possible.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1に
示した従来のダイナミックフリップフロップにはクロッ
ク信号の周波数が低下してくると、動作の安定性が劣化
するという問題がある。前記の動作説明で述べたよう
に、フリップフロップ要素による信号の保持はCMOS
インバータ3(又は7)のソース・ドレイン接合容量C
jと次段のCMOSインバータ7(又は9)のゲート容
量出力Cgの合成容量Cl(=Cj+Cg)に蓄えられ
た電荷によってなされる。ところが、蓄積電荷はソース
・ドレイン接合やゲート酸化膜におけるリーク電流によ
り時間とともに減少するので、信号の周期が長くなると
保持している信号レベルが低下し、ついには次段のイン
バータの論理しきい値以下になる。その結果、次段のイ
ンバータが反転し、誤動作する。この問題は電源電圧が
低下する程、合成容量Cl(=Cj+Cg)に充電され
る電荷量が少なくなるので深刻になる。このように、従
来のCMOSダイナミックフリップフロップは高速性に
優れているが、低周波での安定動作に問題があった。
However, the conventional dynamic flip-flop shown in FIG. 1 has a problem that when the frequency of the clock signal decreases, the operation stability deteriorates. As described in the above description of the operation, the holding of the signal by the flip-flop element is performed by the CMOS.
Source-drain junction capacitance C of inverter 3 (or 7)
This is performed by the electric charge stored in the combined capacitance Cl (= Cj + Cg) of j and the gate capacitance output Cg of the next-stage CMOS inverter 7 (or 9). However, the accumulated charge decreases with time due to leakage current at the source-drain junction and the gate oxide film, so that as the signal period increases, the signal level held decreases, and finally the logical threshold of the next-stage inverter It becomes below. As a result, the next-stage inverter is inverted and malfunctions. This problem becomes more serious as the power supply voltage decreases, because the amount of charge charged to the combined capacitance Cl (= Cj + Cg) decreases. As described above, the conventional CMOS dynamic flip-flop is excellent in high-speed operation, but has a problem in stable operation at a low frequency.

【0015】一方、図3に示した従来のスタティック型
フリップフロップはダイナミック型に比べて素子数が多
く寄生容量も増加する為図10に示したように高速動作
性能が悪く、最先端の微細CMOS技術を用いても、3
GHz帯小型携帯電話機の周波数シンセサイザー等に適
用するのは困難である。このような状況下にあって、低
電源電圧でGHz帯で動作し、動作周波数に依存せず安
定に動作するCMOS・フリップフロップ回路技術が求
められていた。
On the other hand, the conventional static flip-flop shown in FIG. 3 has a large number of elements and a large parasitic capacitance as compared with the dynamic flip-flop. Therefore, as shown in FIG. Even with technology, 3
It is difficult to apply to a frequency synthesizer of a small-sized mobile phone in the GHz band. Under such circumstances, a CMOS flip-flop circuit technology that operates in the GHz band at a low power supply voltage and operates stably independent of the operating frequency has been required.

【0016】本発明の目的は、従来のクロックド・イン
バータ型ダイナミック回路の高速性を損なわずに、信号
保持動作機能を有し、低周波でも安定に動作するスタテ
ィック型CMOS・フリップフロップ回路を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a static CMOS flip-flop circuit having a signal holding operation function and operating stably even at a low frequency without impairing the high-speed performance of a conventional clocked inverter type dynamic circuit. Is to do.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるスタティック型CMOS・フリップフ
ロップ回路は、クロック入力端子を有し該クロック入力
端子に印加されるタイミングパルスにより開・閉を制御
されるクロックドゲート形式の複数のインバータにより
構成されるCMOSフリップフロップ回路において、前
記複数のインバータのうち、第1のインバータ(53,
707)の入力端は第2のインバータ(56,708)
の出力端に接続され、該第1のインバータ(53,70
7)の出力端は該第2のインバータ(56,708)の
入力端に接続され、第3のインバータ(59,705)
の出力端は前記第1のインバータ(53,707)の出
力端に接続され、第4のインバータ(62,706)の
出力端は前記第2のインバータ(56,708)の出力
端に接続され、第5のインバータ(65,711)の入
力端は第6のインバータ(68,712)の出力端に接
続され、該第5のインバータ(65,711)の出力端
は該第6のインバータ(68,712)の入力端に接続
され、第7のインバータ(71,709)の出力端は前
記第5のインバータ(65,711)の出力端に接続さ
れ、第8のインバータ(74,710)の出力端は前記
第6のインバータ(68,712)の出力端に接続さ
れ、前記第7のインバータ(71,709)の入力端は
前記第3のインバータ(59,705)の出力端に接続
され、前記第8のインバータ(74,710)の入力端
は前記第4のインバータ(62,706)の出力端に接
続され、前記第3のインバータ(59,705)の入力
端は前記第8のインバータ(74,710)の出力端に
接続され、前記第4のインバータ(62,706)の入
力端は前記第7のインバータ(71,709)の出力端
に接続され、前記クロックドゲート形式の複数のインバ
ータの各々には、制御用PMOSトランジスタと制御用
NMOSトランジスタが用いられ、前記タイミングパル
スとして第1のタイミングパルスを、前記第1,第2,
第7,第8のインバータの前記制御用NMOSトランジ
スタの各ゲートおよび前記 第3,第4,第5,第6のイ
ンバータの前記制御用PMOSトランジスタの各ゲート
に印加するとともに、前記第1のタイミングパルスと相
補する関係にある第2のタイミングパルスを、前記第
1,第2,第7,第8のインバータの前記制御用PMO
Sトランジスタの各ゲートおよび前記第3,第4,第
5,第6のインバータの前記制御用NMOSトランジス
タの各ゲートに印加するように構成されている。
In order to achieve this object, a static CMOS flip-flop circuit according to the present invention has a clock input terminal and opens and closes with a timing pulse applied to the clock input terminal. in CMOS flip-flop circuit composed of a plurality of inverter clocked gate type to be controlled, of the plurality of inverters, the first inverter (53,
707) is connected to the second inverter (56, 708).
Of the first inverter (53, 70).
7) is connected to the input terminal of the second inverter (56, 708), and is connected to the third inverter (59, 705).
Is connected to the output terminal of the first inverter (53, 707), and the output terminal of the fourth inverter (62, 706) is connected to the output terminal of the second inverter (56, 708). , The input terminal of the fifth inverter (65, 711) is connected to the output terminal of the sixth inverter (68, 712), and the output terminal of the fifth inverter (65, 711) is connected to the sixth inverter (65, 711). 68, 712), the output terminal of the seventh inverter (71, 709) is connected to the output terminal of the fifth inverter (65, 711), and the eighth inverter (74, 710). Is connected to the output terminal of the sixth inverter (68, 712), and the input terminal of the seventh inverter (71, 709) is connected to the output terminal of the third inverter (59, 705). And the eighth The input terminal of the inverter (74, 710) is connected to the output terminal of the fourth inverter (62, 706), and the input terminal of the third inverter (59, 705) is connected to the eighth inverter (74, 710). ) is connected to the output end of the input of the fourth inverter (62,706) is connected to the output of the seventh inverter (71,709), a plurality of Lee Nba of the clocked gate type < For each of the data, a control PMOS transistor and a control NMOS transistor are used, and a first timing pulse is sent as the timing pulse to the first, second and second timing pulses.
The control NMOS transistors of the seventh and eighth inverters
Gates and the third, fourth, fifth, and sixth gates
A second timing pulse that is applied to each gate of the control PMOS transistor of the inverter and has a complementary relationship with the first timing pulse .
PMO for control of first, second, seventh and eighth inverters
Each gate and the third S transistor, fourth, fifth, and is configured to apply to the respective gates of the pre-SL system patronized NMOS transistor of the sixth inverter.

【0018】[0018]

〔第1の実施例〕[First Embodiment]

図5は本発明の第1の実施例を示す回路図である。本回
路はマスター・フリップフロップ回路とスレーブ・フリ
ップフロップ回路よりなり、クロックド・インバータを
基本ゲートにして構成されている。本回路で用いられて
いるクロックド・インバータ回路とはCMOSインバー
タ回路のPMOSのソース電極と高電位側電源との間及
びNMOSのソース電極と低電位側電源との間に制御用
のPMOS及びNMOSを各々介挿し、相補型のタイミ
ングパルスをこれらの制御用PMOS及びNMOSのゲ
ートに各々入力することにより、ゲートの開閉を制御す
る基本ゲート回路である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. This circuit comprises a master flip-flop circuit and a slave flip-flop circuit, and is configured using a clocked inverter as a basic gate. The clocked inverter circuit used in this circuit is a PMOS and an NMOS for control between a source electrode of a PMOS and a high potential side power supply and between a source electrode of an NMOS and a low potential side power supply of a CMOS inverter circuit. , And a complementary timing pulse is input to each of the gates of the control PMOS and NMOS to control the opening and closing of the gate.

【0019】マスター・フリップフロップ回路ではクロ
ックド・インバータ53の入,出力端をクロックド・イ
ンバータ56の出,入力端に相互接続してフリップフロ
ップ要素を構成しており、スレーブ・フリップフロップ
においても、同様にクロックド・インバータ65の入,
出力端をクロックド・インバータ68の出,入力端に相
互接続してフリップフロップ要素を構成している。マス
ター側のクロックド・インバータ59,62の出力信号
はスレーブ側のクロックド・インバータ71,74に各
々伝達される。一方、スレーブ側のクロックド・インバ
ータ71,74の出力信号はマスター側のクロックド・
インバータ62,59の入力端に各々クロス帰還され
る。正相のタイミングパルスCをクロックド・インバー
タ59,62,65,68のPMOS及びクロックド・
インバータ53,56,71,74のNMOSのゲート
に各々供給し、一方、上記タイミングパルスと逆相のタ
イミングパルスC’をCMOSインバータ10を介して
生成し、クロックド・インバータ53,56,71,7
4のPMOS及びクロックド・インバータ59,62,
65,68のNMOSのゲートに各々供給する。CMO
Sインバータ75及び76は各々出力Qおよび反転出力
Q’を各々供給するバッファ回路を構成する。
In the master flip-flop circuit, the input and output terminals of the clocked inverter 53 are interconnected with the output and input terminals of the clocked inverter 56 to constitute a flip-flop element. Similarly, input of the clocked inverter 65,
The output terminal is interconnected with the output and input terminal of the clocked inverter 68 to form a flip-flop element. Output signals of master-side clocked inverters 59 and 62 are transmitted to slave-side clocked inverters 71 and 74, respectively. On the other hand, the output signals of the clocked inverters 71 and 74 on the slave side are output from the clocked inverters on the master side.
Cross feedback is provided to the input terminals of the inverters 62 and 59, respectively. The positive-phase timing pulse C is supplied to the PMOS and clocked inverters of the clocked inverters 59, 62, 65, 68.
The clocks are supplied to the gates of the NMOSs of the inverters 53, 56, 71, 74, respectively. 7
4 and the clocked inverters 59, 62,
65, 68 are supplied to the gates of the NMOS. CMO
S inverters 75 and 76 constitute buffer circuits for supplying output Q and inverted output Q ', respectively.

【0020】ここで図5の回路動作を説明するに当り、
の場合と同様の初期状態、即ち正相のクロック信号
(CLK)すなわち正相のタイミングパルスC=H(h
ighレベル)、出力Q=L(lowレベル)と定め
る。クロックド・インバータ53,56,71,74は
導通状態となり、クロックド・インバータ59,62,
65,68は非導通状態となる。マスター側のフリップ
フロップ要素は信号の保持状態にあると同時に、導通状
態ととなっているスレーブ側のクロックド・インバータ
71,74の入力ゲートに‘H’レベルおよび‘L’レ
ベルの信号が伝達され、各々の信号は反転されて出力バ
ッファのインバータ75,76のゲートに入力されると
同時に、マスター側に帰還される。
Here, in describing the circuit operation of FIG. 5,
An initial state similar to that of FIG. 1 , that is, a positive-phase clock signal (CLK), that is, a positive-phase timing pulse C 2 = H (h
(high level) and output Q = L (low level). Clocked inverters 53, 56, 71 and 74 are turned on, and clocked inverters 59, 62,
65 and 68 become non-conductive. The flip-flop element on the master side is in the state of holding the signal, and at the same time, the signals of the “H” level and “L” level are transmitted to the input gates of the clocked inverters 71 and 74 on the slave side which are in the conductive state. Then, each signal is inverted and input to the gates of the inverters 75 and 76 of the output buffer, and at the same time, is fed back to the master side.

【0021】次にクロック信号が‘L’レベルに変化す
ると、クロックド・インバータ53,56,71,74
は非導通状態となり、クロックド・インバータ59,6
2,65,68は導通状態となる。その結果、スレーブ
側のフリップフロップ要素は信号の保持状態になると共
に、導通状態となったマスター側のクロックド・インバ
ータ59,62は帰還されてきた‘H’レベルおよび
‘L’レベルの信号を受けて、各々の信号を反転してス
レーブ側のクロックド・インバータ71,74の入力ゲ
ートへ伝達する。この間は、クロックド・インバータ7
1,74は非導通状態にあるため、出力Qは依然として
‘L’レベルになっている。
Next, when the clock signal changes to "L" level, the clocked inverters 53, 56, 71, 74
Become non-conductive, and clocked inverters 59, 6
2, 65 and 68 are in a conductive state. As a result, the flip-flop element on the slave side holds a signal, and the clocked inverters 59 and 62 on the master side, which have become conductive, transmit the returned "H" level and "L" level signals. Then, each signal is inverted and transmitted to the input gates of the clocked inverters 71 and 74 on the slave side. During this time, the clocked inverter 7
The output Q is still at the “L” level because the devices 1 and 74 are not conducting.

【0022】次にクロック信号が‘H’レベルに変化す
ると、クロックド・インバータ53,56,71,74
は導通状態となり、クロックド・インバータ59,6
2,65,68は非導通状態となる。マスター側のフリ
ップフロップ要素は信号の保持状態になると同時に、導
通状態となっているスレーブ側のクロックド・インバー
タ71,74の入力ゲートに‘L’レベルおよび‘H’
レベルの信号が伝達される。各々の信号は反転されて、
出力バッファのインバータ75,76に伝達される。そ
の結果、出力Qは‘H’レベルの信号に反転する。以上
のようなクロック信号変化で同様の変化を繰り返すた
め、図5の回路動作は図6の波形図のようになる。
Next, when the clock signal changes to "H" level, the clocked inverters 53, 56, 71, 74
Become conductive, and clocked inverters 59, 6
2, 65, 68 are in a non-conductive state. At the same time as the flip-flop element on the master side is in the state of holding a signal, the input gates of the clocked inverters 71 and 74 on the slave side which are in the conductive state are set to the “L” level and the “H” level.
A level signal is transmitted. Each signal is inverted,
It is transmitted to inverters 75 and 76 of the output buffer. As a result, the output Q is inverted to an “H” level signal. Since the same change is repeated by the above clock signal change, the circuit operation of FIG. 5 is as shown in the waveform diagram of FIG.

【0023】以上が本発明のスタティック型フリップフ
ロップの簡単な動作説明であるが、本回路は図1に示し
たクロックド・インバータ型のダイナミック回路を基本
に構成されている。即ち、図1に示した回路を二つ並行
して並べ、対応するクロックド・インバータの出力端を
クロスカップルしたクロックド・インバータで接続する
ことにより、信号保持機能を実現している。本回路中の
クロックド・インバータは図1に示した回路に比べ、2
倍の負荷を負っているので、高速性に不利な面がある
が、Q,Q’を並行して出力できるので、ダイナミック
分周器に必要であったQ’出力用のインバータをクリテ
ィカルパスから除くことができ、その分高速化できる。
結果として、ほぼ同等の高速性能をスタティック回路と
して実現することができる。
The above is a brief description of the operation of the static flip-flop of the present invention. This circuit is basically configured based on the clocked inverter type dynamic circuit shown in FIG. That is, the signal holding function is realized by arranging the two circuits shown in FIG. 1 in parallel and connecting the output terminals of the corresponding clocked inverters by cross-coupled clocked inverters. The clocked inverter in this circuit is two times smaller than the circuit shown in FIG.
Since the load is doubled, there is a disadvantage in high speed. However, since Q and Q 'can be output in parallel, the inverter for Q' output required for the dynamic frequency divider can be removed from the critical path. It can be eliminated and the speed can be increased accordingly.
As a result, almost the same high-speed performance can be realized as a static circuit.

【0024】0.2μm級のゲート長を有したCMOSプ
ロセスを用いて上記の回路を構成した場合の、最高分周
動作周波数の電源電圧依存性を図10に示す。本発明の
スタティック型フリップフロップは図1に示したダイナ
ミック型フリップフロップと同程度の高速動作性能を示
し、図3に示した従来のスタティック型フリップフロッ
プよりも高い高速性能を示す。また、原理的に信号保持
動作を伴うので、低周波動作時にも安定した性能を示
す。
FIG. 10 shows the power supply voltage dependency of the highest frequency division operating frequency when the above circuit is formed using a CMOS process having a gate length of 0.2 μm class. The static flip-flop according to the present invention exhibits the same high-speed operation performance as the dynamic flip-flop shown in FIG. 1, and shows higher high-speed performance than the conventional static flip-flop shown in FIG. In addition, since a signal holding operation is involved in principle, stable performance is exhibited even at a low frequency operation.

【0025】図7に本発明の第2,第3の実施例を説明
するための回路例を示す。本回路例において用いられて
いるクロックド・インバータ(図7において、点線で囲
んだ部分がクロックド・インバータに対応する。)は第
1の実施例に用いられている構成(図1参照)と同じで
あるが、信号とタイミングパルスの入力の箇所が異な
る。即ち、図7において、信号は外側のPMOSトラン
ジスタ701とNMOSトランジスタ704のゲート電
極に入力され、相補型のタイミングパルスは内側のPM
OSトランジスタ702とNMOSトランジスタ703
のゲート電極に各々入力される。クロックド・インバー
タ705,706,707,708はマスター・フリッ
プフロップ要素を構成し、クロックド・インバータ70
9,710,711,712はスレーブ・フリップフロ
ップ要素を構成する。インバータ75,76は出力バッ
ファであり、インバータ10は逆相のタイミングパルス
を生成する。ここで図7の回路動作を説明するに当り、
図5の場合と同様の初期状態、即ち正相のクロック信号
(CLK)=H(highレベル)、出力Q=L(lo
wレベル)と定めると、図6と同様な出力(Q)の波形
を得ることが出来る。本回路例におけるクロックド・イ
ンバータ(点線で囲んだ部分)の構成は第1の実施例と
同じであったが、構成を変えることにより、素子数を減
らして同様の性能のフリップフロップを構成することが
できる。その場合の実施例を以下に示す。
[0025] The second and third embodiments of the present invention illustrated in Figure 7
An example of a circuit for performing this will be described. The clocked inverter used in the present circuit example (in FIG. 7, a portion surrounded by a dotted line corresponds to the clocked inverter) is the same as the configuration used in the first embodiment (see FIG. 1). It is the same, but the input points of the signal and the timing pulse are different. That is, in FIG. 7, a signal is input to the gate electrodes of the outer PMOS transistor 701 and the NMOS transistor 704, and the complementary timing pulse is applied to the inner PM transistor.
OS transistor 702 and NMOS transistor 703
Are input to the respective gate electrodes. Clocked inverters 705, 706, 707, and 708 constitute a master flip-flop element.
9, 710, 711 and 712 constitute a slave flip-flop element. Inverters 75 and 76 are output buffers, and inverter 10 generates timing pulses of opposite phases. Here, in describing the circuit operation of FIG.
An initial state similar to that of FIG. 5, that is, a positive-phase clock signal (CLK) = H (high level) and an output Q = L (lo)
(W level), a waveform of the output (Q) similar to that in FIG. 6 can be obtained. The configuration of the clocked inverter (portion surrounded by a dotted line) in this circuit example is the same as that of the first embodiment, but by changing the configuration, the number of elements is reduced to configure a flip-flop having similar performance. be able to. An example in that case will be described below.

【0026】〔第2の実施例〕 図8に本発明の第2の実施例に採用するクロックド・イ
ンバータ84の構成例を示す。本実施例においては信号
をNMOSトランジスタ82のゲート電極に入力し、N
MOSトランジスタ82のドレイン電極から出力を取り
出す。相補型のタイミングパルスはPMOSトランジス
タ81およびNMOSトランジスタ83のゲート電極に
各々入力される。本回路においては論理しきい値の雑音
余裕を大きく取れるように、PMOS及びNMOSのゲ
ート幅比を最適化する必要がある。図7に点線で示した
クロックド・インバータを図8に示したクロックド・イ
ンバータ84で置き換えることにより、図6と同様な動
作波形を得ることが出来る。但し、図7に点線で示した
クロックド・インバータ707,708,709,71
0については、タイミングパルスは図8の場合と正逆反
対に入力する。本実施例のフリップフロップ回路は、各
クロックド・インバータへの信号がNMOSトランジス
タ82単体のゲート電極に入力されるので、CMOSイ
ンバータのゲートに入力される図5の回路に比べて入力
のゲート容量が小さいため、より高速に動作する。
[Second Embodiment] FIG. 8 shows a configuration example of a clocked inverter 84 employed in a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a signal is input to the gate electrode of the NMOS transistor 82,
An output is taken from the drain electrode of the MOS transistor 82. Complementary timing pulses are input to the gate electrodes of the PMOS transistor 81 and the NMOS transistor 83, respectively. In this circuit, it is necessary to optimize the gate width ratio of the PMOS and the NMOS so that the noise margin of the logic threshold can be increased. By replacing the clocked inverter shown by the dotted line in FIG. 7 with the clocked inverter 84 shown in FIG. 8, an operation waveform similar to that of FIG. 6 can be obtained. However, clocked inverters 707, 708, 709, 71 shown by dotted lines in FIG.
For 0, the timing pulse is input in the opposite direction to that in FIG. The flip-flop circuit of the present embodiment
Signal to clocked inverter is NMOS transistor
Input to the gate electrode of the
Input compared to the circuit of Figure 5 input to the inverter gate
Operate faster because of the small gate capacitance.

【0027】〔第3の実施例〕 図9に本発明の第3の実施例に採用するクロックド・イ
ンバータ94の構成例を示す。本実施例においては信号
をPMOSトランジスタ92のゲート電極に入力し、P
MOSトランジスタ92のドレイン電極から出力を取り
出す。相補型のタイミングパルスはPMOSトランジス
タ91及びNMOSトランジスタ93のゲート電極に各
々入力される。本回路においては論理しきい値の雑音余
裕を大きく取れるように、PMOS及びNMOSのゲー
ト幅比を最適化する必要がある。図7に点線で示したク
ロックド・インバータを図9に示したクロックド・イン
バータ94で置き換えることにより、図6と同様な動作
波形を得ることが出来る。但し、図7に点線で示したク
ロックド・インバータ707,708,709,710
については、タイミングパルスは図9の場合と正逆反対
に入力する。本実施例のフリップフロップ回路は、各ク
ロックド・インバータへの信号がPMOSトランジスタ
92単体のゲート電極に入力されるので、CMOSイン
バータのゲートに入力される図5の回路に比べて入力の
ゲート容量が小さいため、より高速に動作する。
Third Embodiment FIG. 9 shows a configuration example of a clocked inverter 94 employed in a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, a signal is input to the gate electrode of the PMOS transistor 92,
An output is taken from the drain electrode of the MOS transistor 92. Complementary timing pulses are input to the gate electrodes of the PMOS transistor 91 and the NMOS transistor 93, respectively. In this circuit, it is necessary to optimize the gate width ratio of the PMOS and the NMOS so that the noise margin of the logic threshold can be increased. By replacing the clocked inverter shown by the dotted line in FIG. 7 with the clocked inverter 94 shown in FIG. 9, an operation waveform similar to that of FIG. 6 can be obtained. However, clocked inverters 707, 708, 709, and 710 shown by dotted lines in FIG.
, The timing pulse is input in the opposite direction to that in FIG. The flip-flop circuit of the present embodiment
The signal to the locked inverter is a PMOS transistor
92 is input to a single gate electrode,
Compared to the circuit of FIG.
Since the gate capacitance is small, it operates at higher speed.

【0028】以上の実施例で述べたように、本発明のス
タティック型フリップフロップを構成するに当り、様々
な構成のクロックド・インバータを採用することができ
る。以上の実施例では待機時の消費電力が小さいCMO
S回路で構成する例を述べたが、高速性に優れたNMO
Sのみで構成することも勿論可能である。更に、これら
の回路を混在させて構成することも可能である。
As described in the above embodiments, various configurations of clocked inverters can be employed in configuring the static flip-flop of the present invention. In the above embodiment, the CMO with low power consumption during standby is used.
An example in which an SMO circuit is used has been described.
Of course, it is also possible to configure only with S. Furthermore, it is also possible to configure by mixing these circuits.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスタティ
ック型CMOSフリップフロップ回路を用いることによ
り、動作周波数によらず安定な動作を確保し、ダイナミ
ック型と同程度の高速分周動作が可能になる。これによ
り、次期の移動体通信機器の周波数シンセサイザー等に
用いられるプリスケーラ回路等をCMOS化することが
可能になるので、これらの機器に使用されるICの完全
CMOS化が実現され、システムの低消費電力化と低コ
スト化を図ることが出来る。
As described above, by using the static CMOS flip-flop circuit of the present invention, a stable operation can be ensured irrespective of the operating frequency, and a high-speed frequency division operation comparable to that of the dynamic type can be realized. Become. This makes it possible to use a CMOS for a prescaler circuit or the like used in a frequency synthesizer or the like of a next-generation mobile communication device, thereby realizing a complete CMOS for an IC used in such a device, thereby reducing system consumption. Power consumption and cost reduction can be achieved.

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

【図1】従来のクロックド・インバータ型のCMOSダ
イナミック・フリップフロップ回路図である。
FIG. 1 is a conventional clocked inverter type CMOS dynamic flip-flop circuit diagram.

【図2】図1の回路の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 an operation of the circuit of FIG. 1;

【図3】従来のCMOSスタティック型フリップフロッ
プ回路図である。
FIG. 3 is a conventional CMOS static flip-flop circuit diagram.

【図4】図3の回路の動作を説明するための信号波形図
である。
FIG. 4 is a signal waveform diagram for explaining an operation of the circuit of FIG. 3;

【図5】本発明の第1の実施例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図6】図5の実施例の動作を説明するための信号波形
図である。
FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG.

【図7】本発明の第2,第3の実施例を説明するための
回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining second and third embodiments of the present invention.

【図8】本発明の第の実施例に採用するクロックド・
インバータの構成例を示す回路図である。
FIG. 8 shows a clocked clock employed in the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an inverter.

【図9】本発明の第の実施例に採用するクロックド・
インバータの構成例を示す回路図である。
FIG. 9 shows a clocked clock employed in a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an inverter.

【図10】従来回路及び本発明の回路の最高分周動作周
波数の電源電圧依存特性図である。
FIG. 10 is a power supply voltage dependence characteristic diagram of the highest frequency division operating frequency of the conventional circuit and the circuit of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5 Pチャネルトランジスタ 2,6 Nチャネルトランジスタ 3,7,9,10,75,76 CMOSインバータ 4,8,53,56,59,62,65,68,71,
74,705,706707,708,709,71
0,711,712 クロックド・インバータ 31,32,35,36 トランスファーゲート 33,34,37,38,39 インバータ 81,91,92,701,702 PMOSトランジ
スタ 82,83,93,703,704 NMOSトランジ
スタ
1,5 P-channel transistor 2,6 N-channel transistor 3,7,9,10,75,76 CMOS inverter 4,8,53,56,59,62,65,68,71,
74, 705, 706707, 708, 709, 71
0,711,712 clocked inverters 31, 32, 35, 36 transfer gate 33,34,37,38,39 inverter 81,91,92, 701, 702 PMOS transistor 82,83,93,703, 704 NMOS transistor

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 クロック入力端子を有し該クロック入力
端子に印加されるタイミングパルスにより開・閉を制御
されるクロックドゲート形式の複数のインバータにより
構成されるCMOSフリップフロップ回路において、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータのうち、 第1のインバータ(53)の入力端は第2のインバータ
(56)の出力端に接続され、該第1のインバータ(5
3)の出力端は該第2のインバータ(56)の入力端に
接続され、 第3のインバータ(59)の出力端は前記第1のインバ
ータ(53)の出力端に接続され、第4のインバータ
(62)の出力端は前記第2のインバータ(56)の出
力端に接続され、 第5のインバータ(65)の入力端は第6のインバータ
(68)の出力端に接続され、該第5のインバータ(6
5)の出力端は該第6のインバータ(68)の入力端に
接続され、 第7のインバータ(71)の出力端は前記第5のインバ
ータ(65)の出力端に接続され、第8のインバータ
(74)の出力端は前記第6のインバータ(68)の出
力端に接続され、 前記第7のインバータ(71)の入力端は前記第3のイ
ンバータ(59)の出力端に接続され、前記第8のイン
バータ(74)の入力端は前記第4のインバータ(6
2)の出力端に接続され、 前記第3のインバータ(59)の入力端は前記第8のイ
ンバータ(74)の出力端に接続され、前記第4のイン
バータ(62)の入力端は前記第7のインバータ(7
1)の出力端に接続され、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータの各々
は、CMOSインバータ回路のPMOSトランジスタの
ソース電極と高電位側電源との間に制御用PMOSトラ
ンジスタが挿入され、該各CMOSインバータ回路のN
MOSトランジスタのソース電極と低電位側電源との間
に制御用NMOSトランジスタが挿入された構成で、 前記タイミングパルスとして第1のタイミングパルス
を、前記第1,第2,第7,第8のインバータの前記制
御用NMOSトランジスタの各ゲートおよび前記第3,
第4,第5,第6のインバータの前記制御用PMOSト
ランジスタの各ゲートに印加するとともに、前記第1の
タイミングパルスと相補する関係にある第2のタイミン
グパルスを、前記第1,第2,第7,第8のインバータ
の前記制御用PMOSトランジスタの各ゲートおよび前
記第3,第4,第5,第6のインバータの前記制御用N
MOSトランジスタの各ゲートに印加するように構成さ
れたことを特徴とするスタティック型CMOS・フリッ
プフロップ回路。
1. A CMOS flip-flop circuit having a clock input terminal and comprising a plurality of clocked gate type inverters whose opening and closing are controlled by a timing pulse applied to the clock input terminal, among the plurality of inverters of the gate type, the input terminal of the first inverter (3) is connected to the output terminal of the second inverter (5 6), the first inverter (5
The output terminal of 3) is connected to the input of the inverter second (5 6), the output terminal of the third inverter (5 9) is connected to the output terminal of said first inverter (3), fourth output terminal of the inverter (6 2) is connected to the output of the second inverter (5 6), the input terminal of the fifth inverter (6 5) the output of the inverter (6 8) of the sixth And the fifth inverter (6
The output terminal of the 5) is connected to the input terminal of the inverter of the sixth (6 8), the output end of the seventh inverter (71) is connected to the output terminal of said fifth inverter (6 5), the output terminal of the eighth inverter (7 4) the sixth inverter connected to an output terminal (6 8), the seventh input terminal of the inverter (71) of said third inverter (5 9) And an input terminal of the eighth inverter (74 ) is connected to an output terminal of the fourth inverter (6).
Is connected to the output terminal of 2), the third input terminal of the inverter (5 9) is connected to the output terminal of said eighth inverter (7 4), the input terminal of the fourth inverter (6 2) Is the seventh inverter (7
Each of the plurality of clocked gate type inverters is connected to the output terminal of 1) , and a control PMOS transistor is inserted between the source electrode of the PMOS transistor of the CMOS inverter circuit and the high potential side power supply. N of CMOS inverter circuit
A control NMOS transistor is inserted between a source electrode of the MOS transistor and a low-potential-side power supply, wherein a first timing pulse is used as the timing pulse and the first, second, seventh, and eighth inverters are used. The gates of the control NMOS transistor and the third
The second timing pulse, which is applied to each gate of the control PMOS transistor of the fourth, fifth, and sixth inverters and is complementary to the first timing pulse, is supplied to the first, second, and second inverters. The gates of the control PMOS transistors of the seventh and eighth inverters and the control N of the third, fourth, fifth and sixth inverters
A static CMOS flip-flop circuit characterized in that the voltage is applied to each gate of a MOS transistor.
【請求項2】 クロック入力端子を有し該クロック入力
端子に印加されるタイミングパルスにより開・閉を制御
されるクロックドゲート形式の複数のインバータにより
構成されるCMOSフリップフロップ回路において、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータのうち、 第1のインバータ(707)の入力端は第2のインバー
(708)の出力端に接続され、該第1のインバータ
(707)の出力端は該第2のインバータ(708)の
入力端に接続され、 第3のインバータ(705)の出力端は前記第1のイン
バータ(707)の出力端に接続され、第4のインバー
(706)の出力端は前記第2のインバータ(7
8)の出力端に接続され、 第5のインバータ(711)の入力端は第6のインバー
(712)の出力端に接続され、該第5のインバータ
(711)の出力端は該第6のインバータ(712)の
入力端に接続され、 第7のインバータ(709)の出力端は前記第5のイン
バータ(711)の出力端に接続され、第8のインバー
(710)の出力端は前記第6のインバータ(7
2)の出力端に接続され、 前記第7のインバータ(709)の入力端は前記第3の
インバータ(705)の出力端に接続され、前記第8の
インバータ(710)の入力端は前記第4のインバータ
(706)の出力端に接続され、 前記第3のインバータ(705)の入力端は前記第8の
インバータ(710)の出力端に接続され、前記第4の
インバータ(706)の入力端は前記第7のインバータ
(709)の出力端に接続され、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータの各々
は、ゲート電極に信号を入力しドレイン電極から信号を
出力するNMOSトランジスタの前記ドレイン電極と高
電位側電源との間に制御用PMOSトランジスタが挿入
され、該NMOSトランジスタのソース電極と低電位側
電源との間に制御用NMOSトランジスタが挿入された
構成で、 前記タイミングパルスとして第1のタイミングパルス
を、前記第1,第2,第7,第8のインバータの前記制
御用NMOSトランジスタの各ゲートおよび前記第3,
第4,第5,第6のインバータの前記制御用PMOSト
ランジスタの各ゲートに印加するとともに、前記第1の
タイミングパルスと相補する関係にある第2のタイミン
グパルスを、前記第1,第2,第7,第8のインバータ
の前記制御用PMOSトランジスタの各ゲートおよび前
記第3,第4,第5,第6のインバータの前記制御用N
MOSトランジスタの各ゲートに印加するように構成さ
れたことを特徴とするスタティック型CMOS・フリッ
プフロップ回路。
2. A CMOS flip-flop circuit having a clock input terminal and comprising a plurality of clocked gate type inverters whose opening and closing are controlled by a timing pulse applied to the clock input terminal, among the plurality of inverters of the gate type, the input terminal of the first inverter (707) is connected to the output terminal of the second inverter (7 08), said first inverter
The output end of the (7 07) is connected to the input terminal of the second inverter (7 08), an output terminal of the third inverter (7 05) is connected to the output of said first inverter (707) The output of the fourth inverter ( 706) is connected to the second inverter ( 706).
8), the input terminal of the fifth inverter ( 711) is connected to the output terminal of the sixth inverter ( 712), and the fifth inverter ( 711) is connected to the output terminal of the sixth inverter ( 712).
The output end of the (7 11) is connected to the input terminal of the inverter (7 12) of the sixth, the output terminal of the inverter (7 09) of the seventh connected to the output of said fifth inverter (7 11) The output terminal of the eighth inverter ( 710) is connected to the sixth inverter ( 71).
2) The input terminal of the seventh inverter ( 709) is connected to the output terminal of the third inverter ( 705), and the input terminal of the eighth inverter ( 710). Is the fourth inverter
( 706), the input terminal of the third inverter ( 705) is connected to the output terminal of the eighth inverter ( 710), and the output terminal of the fourth inverter ( 706). The input terminal is the seventh inverter
( 709), wherein each of the plurality of clocked gate type inverters comprises: a drain electrode of an NMOS transistor which inputs a signal to a gate electrode and outputs a signal from the drain electrode; And a control NMOS transistor is inserted between the source electrode of the NMOS transistor and the low-potential-side power supply. A first timing pulse is used as the timing pulse. The gates of the control NMOS transistors of the first, second, seventh, and eighth inverters and the third
The second timing pulse, which is applied to each gate of the control PMOS transistor of the fourth, fifth, and sixth inverters and is complementary to the first timing pulse, is supplied to the first, second, and second inverters. The gates of the control PMOS transistors of the seventh and eighth inverters and the control N of the third, fourth, fifth and sixth inverters
A static CMOS flip-flop circuit characterized in that the voltage is applied to each gate of a MOS transistor.
【請求項3】 クロック入力端子を有し該クロック入力
端子に印加されるタイミングパルスにより開・閉を制御
されるクロックドゲート形式の複数のインバータにより
構成されるCMOSフリップフロップ回路において、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータのうち、 第1のインバータ(707)の入力端は第2のインバー
(708)の出力端に接続され、該第1のインバータ
(707)の出力端は該第2のインバータ(708)の
入力端に接続され、 第3のインバータ(705)の出力端は前記第1のイン
バータ(707)の出力端に接続され、第4のインバー
(706)の出力端は前記第2のインバータ(7
8)の出力端に接続され、 第5のインバータ(711)の入力端は第6のインバー
(712)の出力端に接続され、該第5のインバータ
(711)の出力端は該第6のインバータ(712)の
入力端に接続され、 第7のインバータ(709)の出力端は前記第5のイン
バータ(711)の出力端に接続され、第8のインバー
(710)の出力端は前記第6のインバータ(7
2)の出力端に接続され、 前記第7のインバータ(709)の入力端は前記第3の
インバータ(705)の出力端に接続され、前記第8の
インバータ(710)の入力端は前記第4のインバータ
(706)の出力端に接続され、 前記第3のインバータ(705)の入力端は前記第8の
インバータ(710)の出力端に接続され、前記第4の
インバータ(706)の入力端は前記第7のインバータ
(709)の出力端に接続され、 前記クロックドゲート形式の複数のインバータの各々
は、ゲート電極に信号を入力しドレイン電極から信号を
出力するPMOSトランジスタのソース電極と高電位側
電源との間に制御用PMOSトランジスタが挿入され、
前記ドレイン電極と低電位側電源との間に制御用NMO
Sトランジスタが挿入された構成で、 前記タイミングパルスとして第1のタイミングパルス
を、前記第1,第2,第7,第8のインバータの前記制
御用NMOSトランジスタの各ゲートおよび前記第3,
第4,第5,第6のインバータの前記制御用PMOSト
ランジスタの各ゲートに印加するとともに、前記第1の
タイミングパルスと相補する関係にある第2のタイミン
グパルスを、前記第1,第2,第7,第8のインバータ
の前記制御用PMOSトランジスタの各ゲートおよび前
記第3,第4,第5,第6のインバータの前記制御用N
MOSトランジスタの各ゲートに印加するように構成さ
れたことを特徴とするスタティック型CMOS・フリッ
プフロップ回路。
3. A CMOS flip-flop circuit having a clock input terminal and comprising a plurality of clocked gate type inverters whose opening and closing are controlled by a timing pulse applied to the clock input terminal, among the plurality of inverters of the gate type, the input terminal of the first inverter (707) is connected to the output terminal of the second inverter (7 08), said first inverter
The output end of the (7 07) is connected to the input terminal of the second inverter (7 08), an output terminal of the third inverter (7 05) is connected to the output of said first inverter (707) The output of the fourth inverter ( 706) is connected to the second inverter ( 706).
8), the input terminal of the fifth inverter ( 711) is connected to the output terminal of the sixth inverter ( 712), and the fifth inverter ( 711) is connected to the output terminal of the sixth inverter ( 712).
The output end of the (7 11) is connected to the input terminal of the inverter (7 12) of the sixth, the output terminal of the inverter (7 09) of the seventh connected to the output of said fifth inverter (7 11) The output terminal of the eighth inverter ( 710) is connected to the sixth inverter ( 71).
2) The input terminal of the seventh inverter ( 709) is connected to the output terminal of the third inverter ( 705), and the input terminal of the eighth inverter ( 710). Is the fourth inverter
( 706), the input terminal of the third inverter ( 705) is connected to the output terminal of the eighth inverter ( 710), and the output terminal of the fourth inverter ( 706). The input terminal is the seventh inverter
Each of the plurality of clocked gate type inverters is connected to an output terminal of ( 709) and is connected between a source electrode of a PMOS transistor that inputs a signal to a gate electrode and outputs a signal from a drain electrode and a high potential side power supply. A control PMOS transistor is inserted in between,
NMO for control between the drain electrode and the low potential side power supply
A first timing pulse as the timing pulse, and a gate of the control NMOS transistor of the first, second, seventh and eighth inverters and the third and third transistors;
The second timing pulse, which is applied to each gate of the control PMOS transistor of the fourth, fifth, and sixth inverters and is complementary to the first timing pulse, is supplied to the first, second, and second inverters. The gates of the control PMOS transistors of the seventh and eighth inverters and the control N of the third, fourth, fifth and sixth inverters
A static CMOS flip-flop circuit characterized in that the voltage is applied to each gate of a MOS transistor.
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