JP3500598B2 - ラッチ回路 - Google Patents
ラッチ回路Info
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Description
V)以下で動作可能なラッチ回路に関するものである。
FETで構成した従来のラッチ回路を図7に示す(例え
ば、特願平5−268245号がある)。論理回路は高
しきい値のパワースイッチ用PMOSトランジスタ51
と低しきい値トランジスタによる論理ゲート52で構成
され、疑似電源線53を介してそれぞれが接続されてい
る。また、この論理回路のフィードバックループを、電
圧がVDDVの疑似電源線53を電源とする低しきい値
トランジスタからなるCMOSインバータ54と低しき
い値トランジスタからなるトランスミッションゲート5
5で形成することにより、1V以下の電源電圧VDDで
の、動作時の高速動作とスリープ(待機)時の低消費電
力動作を同時に可能にしている。
しきい値トランジスタからなるトランスミッションゲー
ト56、データ保持回路57を接続することにより、待
機時のデータ保持を行っている。特に、データ保持回路
57では、高しきい値トランジスタからなるCMOSイ
ンバータ58,59間に、低しきい値トランジスタから
なるトランスミッションゲート60を介挿することによ
り、待機時のデータ書き込みを容易にすると共に、動作
時にデータ保持回路57のデータが変動しないようにし
ている。
示したラッチ回路では、制御信号SLの他に、トランス
ミッションゲート55,56,60を制御するために複
雑な制御信号B1,B2が必要となり、また、データ保
持のために6個のゲート(12素子)が必要となり、回
路規模が大きくなるという問題があった。
ものであり、その目的は、1V以下の電圧で高速・低消
費電力で動作可能なラッチ回路を、複雑な外部制御信号
を必要とすることなく、また素子数が増加することな
く、実現することである。
の第1の発明は、第1のパワースイッチ用トランジスタ
をもつ論理ゲートのフィードバックループを、第2のパ
ワースイッチ用トランジスタをもつデータ保持回路、第
3のパワースイッチ用トランジスタをもつインバータ、
およびトランスミッションゲートから構成し、かつ前記
各々のパワースイッチ用トランジスタと前記トランスミ
ッションゲートを外部制御信号で制御するラッチ回路で
あって、前記論理ゲートを構成するトランジスタのしき
い値電圧を、前記各々のパワースイッチ用トランジス
タ、前記データ保持回路を構成するトランジスタ、およ
び前記インバータを構成するトランジスタのしきい値電
圧よりも小さく設定した。第2の発明は、第1の発明に
おいて、前記データ保持回路を、前記第2のパワースイ
ッチ用トランジスタを各々接続した1対のインバータで
構成し、一方のインバータの出力を他方のインバータの
入力に接続すると共に、該一方のインバータの出力と低
電位電源間に第1のトランジスタを接続し、該第1のト
ランジスタを前記第3のパワースイッチ用トランジスタ
が非導通のとき導通させるよう制御し、かつ前記他方の
インバータの出力を該データ保持回路の入出力端子とす
るよう構成した。第3の発明は、第1の発明において、
前記外部制御信号を、前記第1のパワースイッチ用トラ
ンジスタ、前記トランスミッションゲートと前記第2の
パワースイッチ用トランジスタ、前記第3のパワースイ
ッチ用トランジスタの順のタイミングで入力させるよう
構成した。
のラッチ回路の構成を示す図である。本実施の形態で
は、高、中、低の3種類のしきい値電圧のMOSトラン
ジスタでラッチ回路を構成する。論理回路はVDDの電
源が印加する高しきい値のパワースイッチ用のPMOS
トランジスタ1(第1のパワースイッチ用トランジス
タ)と低しきい値トランジスタによる論理ゲート2で構
成され、疑似電源線3を介してそれぞれが接続されてい
る。
は、VDDの電源が印加する高しきい値のパワースイッ
チ用のPMOSトランジスタ4(第3のパワースイッチ
用トランジスタ)、中しきい値トランジスタからなるC
MOSインバータ5、データ保持回路6、中しきい値ト
ランジスタからなるトランスミッションゲート7により
構成している。
スイッチ用PMOSトランジスタ8(第2のパワースイ
ッチ用トランジスタ)を有する高しきい値トランジスタ
からなるCMOSインバータ9,高しきい値のパワース
イッチ用のPMOSトランジスタ10(第2のパワース
イッチ用トランジスタ)を有する高しきい値トランジス
タからなるCMOSインバータ11により構成してい
る。
制御信号SL=Lowレベル)には、パワースイッチ用ト
ランジスタ1,4が導通となり、インバータ5とトラン
スミッションゲート7が動作状態となって、論理回路の
入出力データが保持される。このとき、データ保持回路
6は、パワースイッチ用トランジスタ8,10が非導通
状態であるので、フィードバックループに影響を与える
ことはない。
ベル)では、パワースイッチ用トランジスタ1,4、ト
ランスミッションゲート7が非導通となると共に、パワ
ースイッチ用トランジスタ8,10が導通状態となる。
従ってこのとき、データ保持回路6では、ラッチ動作が
働き、フィードバックループのデータがそこに保持され
る。また、このとき、このデータ保持回路6はそのイン
バータ9,11が高しきい値のトランジスタで構成さ
れ、トランスミッションゲート7とインバータ5は中し
きい値のトランジスタで構成されているので、リーク電
流の急激な上昇の懸念はない。
のフィードバックループ中にデータ保持回路6を設け、
データ保持をパワースイッチ用トランジスタ8,10に
より外部制御信号*SL(*は反転を表す)で直接制御
したので、論理回路の入力側にデータ保持回路を設けそ
のデータ保持に複雑な制御を行った従来例と異なって、
複雑な制御信号は必要なく、またデータ保持のための素
子は11個ですむ。
形態のラッチ回路を示す図である。ここでは、データ保
持回路6において、インバータ11の出力側と低電位電
源(接地)との間に、制御信号SLの反転信号*SLが
ゲートに印加する高しきい値のNMOSトランジスタ1
2(第1のトランジスタ)を接続したものである。
L=Highレベル)に、トランジスタ12が導通しインバ
ータ11の出力側がLowレベルに固定されるので、イン
バータ9の出力が完全にハイインピーダンス状態にな
り、動作時にデータ保持回路6がフィードバックループ
に与える影響を確実に防止できるようになる。このトラ
ンジスタ12を設けない場合は、インバータ11の入力
データがLowレベルになるとき、インバータ11のNM
OSトランジスタが非導通になり、また動作時であるの
でトランジスタ10は非導通であるが、何らかの原因で
何れかが導通することがあり得、インバータ9の出力の
ハイインピーダンスが保証されないことが考えられる
が、この問題が解消される。
形態のラッチ回路を示す図である。ここでは、データ保
持回路6のインバータ9A,11A、パワースイッチ用
トランジスタ8A,10Aを中しきい値のトランジスタ
で構成している。このように、中しきい値のトランジス
タを用いることによって、電源電圧VDDがより低くな
っても動作可能となり、待機時の動作マージンの低下を
抑えることができる。
形態のラッチ回路を示す図である。ここでは、図3に示
した回路に対して、インバータ5のパワースイッチ用ト
ランジスタ4を、中しきい値のトランジスタ4Aに置換
し、さらに、外部制御信号SL,SL’,*SL’,S
L”を、「SL」→「SL’,*SL’」→「SL”」
の順のタイミングで入力させる(変化させる)ようにし
たものである。
スタの制御信号の入力にタイミング差を設けることによ
って、データ保持回路6へのデータ書き込み、データ保
持回路6からのデータの読み出しの誤動作を防ぐことが
できる。
SL”を発生する制御信号発生回路を示す図である。N
MOSトランジスタ21は疑似電源線3の電圧VDDV
を制御信号として入力し、動作時(SL=Lowレベル)
に導通する。このトランジスタ21により動作/待機が
制御される中しきい値トランジスタからなるCMOSイ
ンバータ22,23が接続され、後段のインバータ23
に中しきい値トランジスタからなるCMOSインバータ
24、高しきい値トランジスタからなるCMOSインバ
ータ25が続けて接続されている。
タ22,23の遅延を受けた信号として出力する。信号
*SL’は信号SLに対して3段のインバータ22,2
3,24による遅延を受けた信号として出力する。さら
に信号*SL”は信号SLに対して4段のインバータ2
2,23,24,25による遅延を受けた信号として出
力する。なお、インバータ23は中しきい値であるの
で、トランジスタ21が非導通(SL=Highレベル)の
とき、リーク電流によりその出力信号SL’はHighレベ
ルとなる。
のインバータ22,23がパワースイッチ用トランジス
タ21で制御されるため、疑似電源線3の電圧VDDV
が立ち上がってから動作することになるので、待機時か
ら動作時に切り替わるとき、論理回路の疑似電源線3の
電圧VDDVの立ち上がりが遅い場合に、論理回路の入
力側からデータ保持回路6のデータが書き替えられる誤
動作を防止することができる。
形態を示す図である。これは、本発明のラッチ回路をD
FF回路に適用したものである。31がマスタ側、32
がスレーブ側であり、33が図4に示したラッチ回路を
そのまま適用した部分である。34〜39は低しきい値
トランジスタによるCMOSインバータ、40〜43は
低しきい値トランジスタによるトランスミッションゲー
トである。
にクロック信号CKがLowレベルとなる場合を示した。
この回路では、クロック信号CKがLowレベルのとき、
トランスミッションゲート43が導通してスレーブ側の
データが保持されるため、本発明のラッチ回路33をス
レーブ側に設けている。また、中しきい値のトランスミ
ッションゲート7とデータ保持回路6のノード44との
間にクロックで動作する低しきい値のトランスミッショ
ンゲート43を介挿することにより、低しきい値トラン
ジスタだけで構成したDFF回路と同等の高速動作が可
能となる。
複雑な外部制御信号を使用せずとも高速動作を行うこと
ができ、またデータ保持回路を少ないゲート数で構成す
ることができ従来回路と比べて半導体基板上に回路構成
するときの面積増を抑制することができる。
る。
る。
る。
る。
L”を発生する発生回路図である。
路の回路図である。
用トランジスタ 8A,10A・・・・中しきい値のパワースイッチ用ト
ランジスタ 9,11,25・・・・高しきい値のCMOSインバー
タ 5,9A,11A,22〜25・・・・中しきい値のC
MOSインバータ 12,21・・・・高しきい値トランジスタ 7・・・・中しきい値のトランスミッションゲート 2・・・・低しきい値の論理ゲート 3・・・・疑似電源線 6・・・・データ保持回路
Claims (3)
- 【請求項1】第1のパワースイッチ用トランジスタをも
つ論理ゲートのフィードバックループを、第2のパワー
スイッチ用トランジスタをもつデータ保持回路、第3の
パワースイッチ用トランジスタをもつインバータ、およ
びトランスミッションゲートから構成し、かつ前記各々
のパワースイッチ用トランジスタと前記トランスミッシ
ョンゲートを外部制御信号で制御するラッチ回路であっ
て、 前記論理ゲートを構成するトランジスタのしきい値電圧
を、前記各々のパワースイッチ用トランジスタ、前記デ
ータ保持回路を構成するトランジスタ、および前記イン
バータを構成するトランジスタのしきい値電圧よりも小
さくしたことを特徴とするラッチ回路。 - 【請求項2】前記データ保持回路を、前記第2のパワー
スイッチ用トランジスタを各々接続した1対のインバー
タで構成し、一方のインバータの出力を他方のインバー
タの入力に接続すると共に、該一方のインバータの出力
と低電位電源間に第1のトランジスタを接続し、該第1
のトランジスタを前記第3のパワースイッチ用トランジ
スタが非導通のとき導通させるよう制御し、かつ前記他
方のインバータの出力を該データ保持回路の入出力端子
としたことを特徴とする請求項1に記載のラッチ回路。 - 【請求項3】前記外部制御信号を、前記第1のパワース
イッチ用トランジスタ、前記トランスミッションゲート
と前記第2のパワースイッチ用トランジスタ、前記第3
のパワースイッチ用トランジスタの順のタイミングで入
力させることを特徴とする請求項1に記載のラッチ回
路。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP27194797A JP3500598B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | ラッチ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27194797A JP3500598B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | ラッチ回路 |
Publications (2)
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---|---|
JPH1197984A JPH1197984A (ja) | 1999-04-09 |
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Family
ID=17507047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27194797A Expired - Lifetime JP3500598B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | ラッチ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3500598B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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---|---|---|---|---|
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CN101388245B (zh) * | 2003-11-13 | 2012-01-25 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体集成电路装置 |
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-
1997
- 1997-09-19 JP JP27194797A patent/JP3500598B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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