JP3683695B2 - Latch circuit and DFF circuit - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CMOS回路により構成したラッチ回路やDFF回路に係り、特に貫通電流を防止して消費電力の低減と動作の高速性を図ったラッチ回路やDFF回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のスタティック型のCMOSラッチ回路L3を図12に示す。このラッチ回路L3は、転送ゲート1,2、NANDゲート3、インバータ4,5から構成されている。6は入力端子、7は出力端子、8は反転出力端子、9はクロック端子、10はリセット端子である。
【0003】
ここでは、リセット端子10を「L」にすると、NANDゲート3の出力信号が入力信号の如何に拘わらず「H」に固定され、出力端子7を「L」に、反転出力端子8を「H」にしたリセット状態になる。
【0004】
リセット端子10を「H」にするとリセット解除となって、入力端子6に入力しているデータが、クロック端子9が「H」のとき、転送ゲート1を通過し、NANDゲート3,インバータ4で反転されて、出力端子7に現れる。反転出力端子8の出力はNANDゲート3の出力側から得られる。次にクロック端子9が「L」になると、転送ゲート1は遮断するが、転送ゲート2が導通することによって出力端子7のデータがNANDゲート3に帰還され、そのデータは保持される。以上のようにして、入力端子6に入力したデータは、クロック端子9が「H」のとき取り込まれ、「L」の期間中保持され、出力端子7,8から出力する。
【0005】
図13は従来のダイナミック型のCMOSラッチ回路L4を示す図である。この回路L4は、基本的には、図12に示したスタティック型のCMOSラッチ回路L3からデータ保持用の転送ゲート2を除去した回路であり、同一のものには同一の符号を付している。
【0006】
このラッチ回路L4では、入力端子6に入力するデータを、クロック端子9が「H」のとき取り込み、「L」のときは出力端子7,8の負荷やその配線の寄生容量で保持する。ここでは、データ保持用の帰還回路は使用されない。
【0007】
図14の(a)は図12に示したスタティック型のラッチ回路L3を用いて構成したマスタスレーブ型のDFF回路を示す図である。ここでは、奇数段目のラッチ回路L3がマスタ側、偶数段目のラッチ回路L3がスレーブ側となる。11は入力端子、12,13は出力端子、14Mはマスタ側のラッチ回路L3にクロックを供給するマスタクロック端子、14Sはスレーブ側のラッチ回路L3にマスタ側へのクロックと逆相のクロックを供給するスレーブクロック端子である。15はリセット端子である。図14の(b)はその動作波形図であり、INは入力データ、CKM,CKSはクロック信号、Rはリセット信号、OUT1,OUT2は出力データである。このように、ここではデータすり抜けが生じないように、マスタ側とスレーブ側で逆相のクロックを使用している。なお、図13に示したダイナミック型のラッチ回路L4でも同様に構成できる。
【0008】
図15の(a)は図12に示したスタティック型のラッチ回路L3を用いて構成したレジスタ回路を示す図である。このレジスタ回路は、ラッチ回路L3と遅延回路DLYを交互に接続して構成されている。21は入力端子、22〜25は出力端子、26はクロック端子、27はリセット端子である。図15の(b)はその動作波形図であり、CKはクロック信号、Q1,Q1’,Q2,Q2’は出力データである。ここでは、ラッチ回路L3に共通のクロックを使用するので、データのすり抜けが起こらないよう遅延回路DLYを接続している。なお、図13に示したダイナミック型のラッチ回路L4でも同様に構成できる。
【0009】
図16の(a)は図15の(a)に示した遅延回路DLYの構成を示す図であり、この遅延回路DLYは偶数個のインバータ28をシリーズ接続して構成されている。また、このような偶数個のインバータ28による遅延ではその遅延時間が不十分な場合には、図16の(b)に示すように、各インバータ28の相互間に常時導通させた転送ゲート29を介挿させ、その転送ゲート29で遅延時間を稼ぐことが行われる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記した図12、図13に示したラッチ回路L3,L4は、NANDゲート3やインバータ4,5において信号が反転するときに、貫通電流が発生し、消費電流を増大させる問題がある。この問題は、レジスタを構成した図15の遅延回路(図16)のインバータ28においても同様に発生する。
【0011】
また、図12、図13に示したラッチ回路L3,L4では、転送ゲート1や2を制御するクロック信号が、電源電圧から接地電圧までフルスイングする必要があるため、そのクロックを供給するクロックドライバ回路で多大な電力が消費される。特に、図14の(a)に示したDFF回路では、位相が180度異なる2種のクロックが必要となるので、消費電力の問題が大きくなる。
【0012】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記した問題点を解決したラッチ回路やDFF回路を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための第1の発明は、CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタ、および貫通電流防止用トランジスタの一方のトランジスタに直列接続されたクロックトランジスタからなる第1種のインバータと、CMOSインバータ回路からなる第2種のインバータと、帰還用トランジスタとを含み、入力端子に前記第1種のインバータを複数段シリーズに接続すると共に、その後段に前記第2種のインバータを複数段シリーズに接続し、前記複数段接続した第2種のインバータの偶数段をまたぐように前記帰還用トランジスタを接続し、前記第1種のインバータのクロックトランジスタのゲートを第1のクロック端子に接続すると共に、前記帰還用トランジスタのゲートを第1のクロック端子に入力するクロックと位相が反転したクロックが入力する第2のクロック端子に接続し、前記第1種のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段後段のインバータの出力側に接続して構成した。
第2の発明は、第1の発明において、前記第1種のインバータと前記第2種のインバータの共通接続点と接地間にリセット用トランジスタを接続し、又は該共通接続点と電源間にセット用のトランジスタを接続して構成した。
第3の発明は、第1の発明のラッチ回路の2個をシリーズに接続し、前段のラッチ回路の第1のクロック端子と後段のラッチ回路の第2のクロック端子をマスタクロック端子とスレーブクロック端子の一方に共通接続し、前段のラッチ回路の第2のクロック端子と後段のラッチ回路の第1のクロック端子を他方に共通接続して構成した。
第4の発明は、CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタ、および貫通電流防止用トランジスタの一方のトランジスタに直列接続されたクロックトランジスタからなる第3種のインバータと、CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタからなる第4種のインバータとを含み、入力端子に前記第3種のインバータを複数段シリーズに接続すると共に、その後段に前記第4種のインバータを複数段シリーズに接続し、前記各第3種のインバータのクロックトランジスタのゲートを共通のクロック端子に接続し、前記第3種のインバータの内の最も前段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段後段のインバータの出力側に接続し、前記第4種のインバータの内の最も後段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段前段のインバータの入力側に接続し、他の段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータの偶数段前段のインバータの入力側又は偶数段後段のインバータの出力側に接続して構成した。
第5の発明は、第4の発明において、前記第3種のインバータと前記第4種のインバータの共通接続点と接地間にリセット用トランジスタを接続し、または該共通接続点と電源間にセット用トランジスタを接続して構成した。
【0014】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態のスタティック型のラッチ回路L1を示す図である。31,32は図2に示した構成の第1種のインバータ、33,34はpMOSトランジスタとnMOSトランジスタのみからなる第2種のインバータ、MN31はリセット用のnMOSトランジスタ、MN32は帰還用(保持用)のnMOSトランジスタである。35は入力端子、36は出力端子、37は反転出力端子、38Aはクロック端子、38Bは反転クロック端子、39はリセット端子である。
【0015】
第1種のインバータ31,32を示す図2において、MP1,MN1はCMOSインバータ回路を構成するpMOS、nMOSのトランジスタであり、MP2,MN2は貫通電流防止用のpMOS、nMOSのトランジスタであり、MN3はクロック用のnMOSトランジスタである。311は入力端子、312は出力端子、313は貫通電流制御端子、314はクロック端子である。図示のように、貫通電流防止用のトランジスタMP2,MN2は最も電源側、接地側に接続され、クロック用トランジスタMN3はそのドレインが出力端子312に接続されている。このようにクロック用トランジスタMN3を内側に接続すると、CMOSインバータを構成するトランジスタMN1の漏れの影響を緩和することができる。すなわち、トランジスタMN1がオフからオンに反転した場合に、トランジスタMN1とMN2の間に位置する拡散容量への電荷漏れの影響を緩和することができる。
【0016】
図1のラッチ回路L1において、インバータ31はそれよりも2段後段のインバータ33の出力信号が貫通電流制御端子313に入力し、インバータ32はそれよりも2段後段のインバータ34の出力信号が貫通電流制御端子313に入力している。
【0017】
さて、クロック端子38Aが「L」、クロック端子38Bが「H」で(ラッチ状態)、リセット端子39が「L」のとき(非リセット状態)、出力端子36が「H」、反転出力端子37が「L」の場合を想定する。
【0018】
このときは、帰還用トランジスタMN32がオンしているため、インバータ34の出力「H」がインバータ33に帰還され、データ「H」が保持されている。また初段のインバータ31はインバータ33の出力「L」が貫通電流制御端子313に入力するので、トランジスタMP2がオン、MN2がオフしている。次段のインバータ32はインバータ34の出力「H」が貫通電流制御端子313に入力するので、逆にトランジスタMP2がオフ、MN2がオンしている。
【0019】
次にクロック端子38Aが「H」、38Bが「L」に反転すると、帰還用トランジスタMN32がオフとなり、またインバータ31、32のトランジスタMN3がオンとなる。このため、このとき入力端子35にデータ「L」が入力していると、インバータ31はトランジスタMP1がオンし前記トランジスタMP2が予めオンしていることと相まってその出力が「H」となる。また、これによりインバータ32はトランジスタMN1がオンし予め前記トランジスタMN2,MN3がオンしていることと相まっててその出力が「L」になる。
【0020】
以上のように、クロック端子38Aが「H」、38Bが「L」のとき、入力端子35が「L」であれば、インバータ31〜34が反転して、出力端子36は「L」、反転出力端子37は「H」となる。このとき、インバータ2段分の遅延の後にインバータ31の貫通電制御端子313は「H」に、インバータ32の貫通電流制御端子313は「L」に変化するので、インバータ31ではトランジスタMP2がオフに、トランジスタMN2がオンに変化し、またインバータ32はトランジスタMP2がオンに、トランジスタMN2がオフに変化して電源ライン、接地ラインを遮断する。
【0021】
次にクロック端子38Aが「L」、38Bが「H」に反転すると、帰還トランジスタMN32がオンして出力端子36の「L」、反転出力端子37の「H」の状態が保持される。
【0022】
さらにクロック端子38Aが「H」、38Bが「L」に反転すると、前記と同様に帰還用トランジスタMN32がオフとなり、インバータ31、32のトランジスタMN3がオンとなる。このため、このとき入力端子35にデータ「H」が入力すると、インバータ31はトランジスタMN1がオンしてその出力が「L」となり、これによりインバータ32はトランジスタMP1がオンしてその出力が「H」になる。
【0023】
そしてこの反転のとき、インバータ31はそのトランジスタMP1が予めオフしているので、貫通電流が流れることはなく、またインバータ32もそのトランジスタMN1が予めオフしているので貫通電流が流れることはない。
【0024】
すなわち、図1に示したラッチ回路L1は、保持されているデータにより、インバータ31,32の貫通電流制御端子313が制御されていて、現在の状態と異なった状態を作り出す入力データが入って反転するときは、そのデータに基づいてオフすべきpMOS又はnMOSのトランジスタのラインが予め貫通電流防止用のトランジスタで遮断しているので、そのインバータ31,32において貫通電流が流れることはない。
【0025】
図3の(a)は図1に示したラッチ回路L1を使用して構成したマスタスレーブ型のDFF回路を示す図、(b)はその動作波形を示す図である。41は入力端子、42,43は出力端子、44Mはマスタクロック端子、44Sはスレーブクロック端子、45はリセット端子である。
【0026】
このDFF回路を構成するラッチ回路L1では、データ書き込み時は、クロック端子38Aを「H」に制御するのみでく、データ保持時はクロック端子38Bを「H」に制御するのみでよいので、マスタクロック端子44M,スレーブクロック端子44Sに入力するクロック信号CKM,CKSは、接地電位VSSから電源電位VDDまでフルスイングする必要がなく、接地電位VSSから、VSS+Vtnを越えるだけスイングすればよい。VtnはnMOSトランジスタのしきい値電圧である。このVtnはフルスイングの数分の1の振幅で十分である。
【0027】
したがって、従来のMOS−LSIで消費電力を増大させる要因となっていたクロックドライバ回路の消費電力を大幅に削減することができ、且つクロック信号の反転に要する時間を短縮できるから回路動作の高速化に寄与する。
【0028】
[第2の実施の形態]
図4は図1に示したラッチ回路L1を変形した別のラッチ回路L1’を示す図である。ここでは、前記したラッチ回路L1と異なって、変形第1種のインバータ46,47を使用し、そのクロック用にpMOSトランジスタを使用している。また、リセット用にpMOSトランジスタMP31、データ保持用にpMOSトランジスタMP32を使用している。このラッチ回路L1’でもラッチ回路L1と全く同様に、クロック端子38Aが「H」、38Bが「L」のときデータ保持が行われ、クロック端子38Aが「L」、38Bが「H」のときデータ取り込みが行われる。39’はセット端子であり、ここが「L」になると、出力端子36が「H」、反転出力端子37が「L」にセットされる。
【0029】
図5はその変形第1種のインバータ46,47の具体的な回路図である。同図において、MP4,MN4はCMOSインバータ回路を構成するpMOS、nMOSのトランジスタであり、MP5,MN5は貫通電流防止用のpMOS、nMOSのトランジスタであり、MP6はクロック用のpMOSトランジスタである。461は入力端子、462は出力端子、463は貫通電流制御端子、464はクロック端子である。図示のように、貫通電流防止用のトランジスタMP5,MN5は最も電源側、接地側に接続され、クロック用トランジスタMP6はそのドレインが出力端子462に接続されている。
【0030】
図6の(a)は図4に示したラッチ回路L1’を使用して構成したマスタスレーブ型のDFF回路を示す図、(b)はその動作波形を示す図である。図4の(a)に示したものと同じものには同じ符号を付した。45’は「L」にすることにより内部をセットするセット端子である。
【0031】
このDFF回路を構成するラッチ回路L1’では、データ書き込み時は、クロック端子38Bを「L」に制御するのみでよく、データ保持時はクロック端子38Aを「L」に制御するのみでよいので、マスタクロック端子44M、スレーブクロック端子44Sに入力するクロック信号は、電源電位VDDから接地電位VSSまでフルスイングする必要がなく、電源電位VDDから、VDD−Vtpを下回るだけスイングすればよい。VtpはpMOSトランジスタのしきい値電圧である。このVtpは、フルスイングの数分の1の振幅で十分である。
【0032】
従って、マスタスレーブ型のDFF回路にこの第2の実施の形態のラッチ回路L1’を使用する場合でも、クロックドライバ回路の消費電力を大幅に削減することができ、且つクロック信号の反転に要する時間を短縮できから回路動作の高速化に寄与する。
【0033】
[第3の実施の形態]
図7は第3の実施の形態であるダイナミック型のラッチ回路L2の構成を示す図である。ここでは、図8に示す第3種のインバータ51,52、第4種のインバータ53〜56をシリーズに接続している。インバータ51,52はラッチ部を、インバータ53〜56は遅延部を構成する。57は入力端子、58〜61は出力端子、62はクロック端子、63はリセット端子である。
【0034】
第3種のインバータ51,52は、図8の(a)に示すように、CMOSインバータ回路を構成するpMOS、nMOSのトランジスタMP7,MN7、貫通電流防止用のpMOS、nMOSのトランジスタMP8,MN8、クロック用のnMOSトランジスタMN9から構成されている。511は入力端子、512は出力端子、513は貫通電流制御端子、514はクロック端子である。図8の(b)はシンボルである。
【0035】
第4種のインバータ53〜56は、図9の(a)に示すように、CMOSインバータ回路を構成するpMOS、nMOSのトランジスタMP10,MN10、貫通電流防止用のpMOS、nMOSのトランジスタMP11,MN11から構成されている。531は入力端子、532は出力端子、533は貫通電流制御端子である。図9の(b)はシンボルである。
【0036】
このラッチ回路L2では、インバータ51の貫通電流制御端子513は4段後段のインバータ55の出力を受け、インバータ52の貫通電流制御端子513は4段後段のインバータ56の出力を受け、インバータ53の貫通電流制御端子533は2段後段のインバータ55の出力を受け、インバータ54の貫通電流制御端子533は2段後段のインバータ56の出力を受け、インバータ55の貫通電流制御端子533は2段前段のインバータ53の入力を受け、インバータ56の貫通電流制御端子533は2段前段のインバータ54の入力を受ける。すなわち、最前段のインバータ51は偶数段後段のインバータの出力信号を受け、最後段のインバータ56は偶数段前段のインバータの入力信号を受け、他のインバータ52〜55は偶数段後段のインバータの出力信号又は偶数段前段のインバータの入力信号を受ける。
【0037】
さて、クロック端子62が「L」で、リセット端子63が「H」のとき、トランジスタMN51がオンし、出力端子58が「L」、インバータ53の出力が「H」となって出力端子59が「H」、インバータ55の出力が「H」となって出力端子61が「H」、インバータ56の出力が「L」となって出力端子60が「L」となる。この状態はリセット状態である。
【0038】
このとき、インバータ51は貫通電流制御端子513が「H」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP8がオフ、MN8がオンとなり、インバータ52は貫通電流制御端子513が「L」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP8がオン、MN8がオフとなり、インバータ53は貫通電流制御端子533が「H」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP11がオフ、MN11がオンとなり、インバータ54は貫通電流制御端子533が「L」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP11がオン、MN11がオフとなり、インバータ55は貫通電流制御端子533が「H」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP11がオフ、MN11がオンとなり、インバータ56は貫通電流制御端子533が「L」となるので、その貫通電流防止トランジスタMP11がオン、MN11がオフとなる。
【0039】
次に入力端子57に「H」のデータが入力すると、この以前にインバータ51のトランジスタMN8がオンし、インバータ52のトランジスタMP8がオンしているので、クロック端子62が「H」、リセット端子63が「L」になることにより、インバータ51の出力は「L」、インバータ52の出力は「H」となる。また、インバータ53,55のトランジスタMP11が予めオンし、MN11はオフし、さらにインバータ54,56のトランジスタMP11は予めオフし、MN11はオンしているので、インバータ53,54,55,56の出力が各々「L」、「H」、「L」、「H」に反転する。
【0040】
このように、入力信号の反転によりオンからオフになるpMOS又はnMOSに直列接続されている貫通電流防止用のトランジスタが予めオフしているので、各インバータ51〜56においてこの反転時に貫通電流が流れることはない。また、インバータ51,52はこの反転から4段のインバータの遅延の後、インバータ53,54は2段のインバータの遅延の後、オンしていた貫通電流防止用トランジスタがオフし、オフしていた貫通電流防止用トランジスタがオンする。インバータ55,56は貫通電流防止用トランジスタのオンしていたものがオフし、オフしていたものがオンしてから、2段のインバータの遅延の後反転する。
【0041】
以上のようにして、入力端子57に入力した「H」のデータがクロック端子52が「H」になったタイミングで取り込まれ、出力端子58からその「H」のデータが、出力端子59からそれを反転した「L」のデータが出力する。また、出力端子60にはこれがインバータ53〜56で遅延されて出力し、出力端子61にはこれがインバータ53〜55で遅延され反転されて出力する。
【0042】
次に、入力端子57から「H」のデータが取り込まれた後は、クロック端子62が「L」に反転しても、そのデータは保持される。すなわち、クロック端子62が「L」になると、この後に入力端子57のデータが「L」に反転しても、インバータ51は反転してその出力を「H」にするが、次段のインバータ52はMN9がオフになっているので反転できず、その出力のデータを出力端子58の寄生容量で保持するので、出力端子58〜61のデータは変化しない。
【0043】
なお、上記は入力端子57に「H」のデータが入力したときの場合であるが、「L」のデータが入力した場合であっても同様に、そのクロック端子62が「H」になるとそのデータを取り込み、クロック端子62が「L」にるとそのデータを保持する。
【0044】
以上のように、この第3の実施の形態のラッチ回路L2では、単純に単相のクロックで制御されるので、レジスタ等のCMOS順序回路を構成する場合、クロックドライバ、クロック配線が単相のみで済もみ、また要求される振幅も第1の実施の形態のラッチ回路L1と同様に、VSSからVSS+Vtnの振幅で十分となる。また、貫通電流を防止できるCMOSゲートのみで構成されるので、消費電力を大幅に低減することができる。
【0045】
[第4の実施の形態]
図10は第4の実施の形態であるダイナミック型のラッチ回路L2’の構成を示す図である。ここでは、図11に示す変形第3種のインバータ71,72と、前記した第4種のインバータ53〜56をシリーズに接続して構成している。MP51はセット用のpMOSトランジスタ、63’はセット端子である。他は図7に示したものと同じである。
【0046】
変形第3種のインバータ71,72は、図11の(a)に示すように、CMOSインバータ回路を構成するpMOS、nMOSのトランジスタMP12,MN12、貫通電流防止用のpMOS、nMOSのトランジスタMP13,MN13、クロック用のpMOSトランジスタMP14から構成されている。711は入力端子、712は出力端子、713は貫通電流制御端子、714はクロック端子である。図11の(b)はこれらのインバータ71,72のシンボルである。
【0047】
このラッチ回路L2’では、セット端子73’が「L」のとき、出力端子58,60が「H」にセットされ、出力端子59,61が「L」にセットされる。また、クロック端子62が「L」のときに入力端子57に入力するデータを取り込み、そのクロック端子62が「H」の期間中そのデータを保持する。他の遅延動作や貫通電流防止動作は第3の実施の形態のラッチ回路L2と同じである。従って、このラッチ回路L2’でも前記ラッチ回路L2と同様に、単相クロックのみで制御でき、また貫通電流が防止される。クロック信号は第2の実施の形態のラッチ回路L1’と同様に、その振幅がVDDからVDD−Vtpだけ下回る振幅で十分となる。
【0048】
【発明の効果】
以上から第1乃至第5の発明によれば、データが反転するときの貫通電流を防止できるので消費電流を削減することができる。また使用するクロックはVSSからVDDまでフルスイングする必要がないのでクロックドライバの消費電力を削減することができると共に高速動作が可能となる。さらに第4、第5の発明によれば、そのクロックは単相で済むので配線が少なくなり小面積化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態のスタティック型のラッチ回路を示す回路図である。
【図2】 図1のラッチ回路を構成する第1種のインバータの回路図である。
【図3】 (a)は図1のラッチ回路で構成したマスタスレーブ型のDFF回路の回路図、(b)はその動作波形図である。
【図4】 第2の実施の形態のスタティック型のラッチ回路を示す回路図である。
【図5】 図4のラッチ回路を構成する変形第1種のインバータの回路図である。
【図6】 (a)は図4のラッチ回路で構成したマスタスレーブ型のDFF回路の回路図、(b)はその動作波形図である。
【図7】 第3の実施の形態のダイナミック型のラッチ回路を示す回路図である。
【図8】 (a)は図7のラッチ回路を構成する第3種のインバータの回路図、(b)はそのシンボルを示す図である。
【図9】 (a)は図7のラッチ回路を構成する第4種のインバータの回路図、(b)はそのシンボルを示す図である。
【図10】 第4の実施の形態のダイナミック型のラッチ回路を示す回路図である。
【図11】 (a)は図10のラッチ回路を構成する変形第3種のインバータの回路図、(b)はそのシンボルを示す図である。
【図12】 従来のスタティック型のラッチ回路の回路図である。
【図13】 従来のダイナミック型のラッチ回路の回路図である。
【図14】 (a)は図12のラッチ回路を使用したマスタスレーブ型のDFF回路の回路図、(b)はその動作波形図である。
【図15】 (a)は図12のラッチ回路を使用したレジスタの回路図、(b)はその動作波形図である。
【図16】 (a)、(b)は図15のレジスタの遅延回路の回路図である。
【符号の説明】
L3:スタティック型のラッチ回路、L4:ダイナミック型のラッチ回路、1,2:転送ゲート、3:NANDゲート、4,5:インバータ、6:入力端子、7,8:出力端子、9:クロック端子、10:リセット端子、11:入力端子、12,13:出力端子、14M,14S:クロック端子、15:リセット端子、21:入力端子、22〜25:出力端子、26:クロック端子、27:リセット端子、28:インバータ、29:転送ゲート、
L1、L1’:スタティック型のラッチ回路、31,32:第1種のインバータ、311;入力端子、312:出力端子、313:貫通電流制御端子、314:クロック端子、33,34:第2種のインバータ、35:入力端子、36,37:出力端子、38A,38B:クロック端子、39:リセット端子、39’:セット端子、41:入力端子、42,43:出力端子、44M,44S:クロック端子、45:リセット端子、45’:セット端子、46,47:変形第1種のインバータ、461;入力端子、462:出力端子、463:貫通電流制御端子、464:クロック端子、
L2,L2’:ダイナミック型のラッチ回路、51,52:第3種のインバータ、511:入力端子、512:出力端子、513:貫通電流制御端子、514:クロック端子、53〜56:第4種のインバータ、531:入力端子、532:出力端子、533:貫通電流制御端子、57:入力端子、58〜61:出力端子、62:クロック端子、63:リセット端子、63’:セット端子、71,72:変形第3種のインバータ、711:入力端子、712:出力端子、713:貫通電流制御端子、714:クロック端子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a latch circuit and a DFF circuit configured by a CMOS circuit, and more particularly to a latch circuit and a DFF circuit that prevent a through current to reduce power consumption and achieve high-speed operation.
[0002]
[Prior art]
A conventional static CMOS latch circuit L3 is shown in FIG. The latch circuit L3 includes transfer gates 1 and 2, NAND gate 3, and inverters 4 and 5. 6 is an input terminal, 7 is an output terminal, 8 is an inverted output terminal, 9 is a clock terminal, and 10 is a reset terminal.
[0003]
Here, when the reset terminal 10 is set to “L”, the output signal of the NAND gate 3 is fixed to “H” regardless of the input signal, the output terminal 7 is set to “L”, and the inverted output terminal 8 is set to “H”. "Reset state".
[0004]
When the reset terminal 10 is set to “H”, the reset is released, and the data input to the input terminal 6 passes through the transfer gate 1 when the clock terminal 9 is “H”. It is inverted and appears at the output terminal 7. The output of the inverting output terminal 8 is obtained from the output side of the NAND gate 3. Next, when the clock terminal 9 becomes “L”, the transfer gate 1 is cut off, but when the transfer gate 2 becomes conductive, the data of the output terminal 7 is fed back to the NAND gate 3 and the data is held. As described above, data input to the input terminal 6 is captured when the clock terminal 9 is “H”, held during the “L” period, and output from the output terminals 7 and 8.
[0005]
FIG. 13 is a diagram showing a conventional dynamic CMOS latch circuit L4. The circuit L4 is basically a circuit obtained by removing the data holding transfer gate 2 from the static CMOS latch circuit L3 shown in FIG. 12, and the same components are denoted by the same reference numerals. .
[0006]
In the latch circuit L4, the data input to the input terminal 6 is fetched when the clock terminal 9 is “H”, and held at the load of the output terminals 7 and 8 and the parasitic capacitance of the wiring when the clock terminal 9 is “L”. Here, a feedback circuit for holding data is not used.
[0007]
FIG. 14A shows a master-slave type DFF circuit configured by using the static type latch circuit L3 shown in FIG. Here, the odd-numbered latch circuit L3 is on the master side, and the even-numbered latch circuit L3 is on the slave side. 11 is an input terminal, 12 and 13 are output terminals, 14M is a master clock terminal for supplying a clock to the latch circuit L3 on the master side, and 14S is a clock having a phase opposite to that of the clock to the master side to the latch circuit L3 on the slave side. This is the slave clock pin to be used. Reference numeral 15 denotes a reset terminal. FIG. 14B is an operation waveform diagram, where IN is input data, CKM and CKS are clock signals, R is a reset signal, and OUT1 and OUT2 are output data. As described above, here, clocks of opposite phases are used on the master side and the slave side so that data skipping does not occur. Note that the dynamic latch circuit L4 shown in FIG.
[0008]
FIG. 15A shows a register circuit configured using the static latch circuit L3 shown in FIG. This register circuit is configured by alternately connecting latch circuits L3 and delay circuits DLY. 21 is an input terminal, 22 to 25 are output terminals, 26 is a clock terminal, and 27 is a reset terminal. (B) of FIG. 15 is the operation | movement waveform diagram, CK is a clock signal, Q1, Q1 ', Q2, Q2' is output data. Here, since a common clock is used for the latch circuit L3, the delay circuit DLY is connected so that no data slips out. Note that the dynamic latch circuit L4 shown in FIG.
[0009]
FIG. 16A shows the configuration of the delay circuit DLY shown in FIG. 15A. This delay circuit DLY is configured by connecting an even number of inverters 28 in series. Further, when the delay time by such an even number of inverters 28 is insufficient, as shown in FIG. 16B, a transfer gate 29 which is always conducted between the inverters 28 is provided. Interpolation is performed, and a delay time is earned at the transfer gate 29.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the latch circuits L3 and L4 shown in FIGS. 12 and 13 have a problem that a through current is generated when a signal is inverted in the NAND gate 3 and the inverters 4 and 5, thereby increasing current consumption. This problem also occurs in the inverter 28 of the delay circuit of FIG. 15 (FIG. 16) that constitutes a register.
[0011]
In the latch circuits L3 and L4 shown in FIG. 12 and FIG. 13, the clock signal for controlling the transfer gates 1 and 2 needs to fully swing from the power supply voltage to the ground voltage. A lot of power is consumed in the circuit. In particular, in the DFF circuit shown in FIG. 14A, two types of clocks that are 180 degrees out of phase are required, which raises the problem of power consumption.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a latch circuit and a DFF circuit that solve the above-described problems.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first invention for achieving the above object is to provide a CMOS inverter circuit, a through current prevention transistor connected in series to each transistor of the CMOS inverter circuit, and a series connection to one of the through current prevention transistors. A first type inverter composed of a clock transistor, a second type inverter composed of a CMOS inverter circuit, and a feedback transistor, wherein the first type inverter is connected to an input terminal in a multi-stage series, In the subsequent stage, the second type inverter is connected to a plurality of stages, the feedback transistor is connected across the even number stages of the second type inverter connected to the plurality of stages, and the clock of the first type inverter is connected. The gate of the transistor is connected to the first clock terminal and the feedback transistor. The gate of the transistor is connected to a second clock terminal to which a clock whose phase is inverted from that of the clock input to the first clock terminal is input, and the gate of the through current prevention transistor of the first type inverter is an even number from the inverter. It was configured by connecting to the output side of the inverter at the rear stage.
According to a second invention, in the first invention, a reset transistor is connected between a common connection point of the first type inverter and the second type inverter and a ground, or set between the common connection point and a power source. For this purpose, a transistor was connected.
According to a third invention, two latch circuits of the first invention are connected in series, and the first clock terminal of the preceding latch circuit and the second clock terminal of the succeeding latch circuit are the master clock terminal and the slave clock. The first clock terminal of the latch circuit in the previous stage and the first clock terminal of the latch circuit in the rear stage are connected in common to one of the terminals, and the other.
A fourth invention comprises a CMOS inverter circuit, a through current prevention transistor connected in series to each transistor of the CMOS inverter circuit, and a clock transistor connected in series to one of the through current prevention transistors. 3 types of inverters, a CMOS inverter circuit, and a fourth type inverter composed of a through-current preventing transistor connected in series to each transistor of the CMOS inverter circuit, and the third type inverter is connected to the input terminal. In addition to connecting to the multiple stage series, the fourth type inverter is connected to the multiple stage series in the subsequent stage, the gate of the clock transistor of each of the third type inverters is connected to a common clock terminal, and the third type For preventing through current of the inverter in the foremost stage The gate of the transistor is connected to the output side of the inverter of the even number stage subsequent to the inverter, and the gate of the through current prevention transistor of the last stage inverter of the fourth type inverter is connected to the inverter of the even number stage preceding the inverter. Connected to the input side, the gate of the through-current prevention transistor of the inverter at the other stage is connected to the input side of the inverter at the preceding stage of the even stage or the output side of the inverter at the subsequent stage of the even stage.
According to a fifth invention, in the fourth invention, a reset transistor is connected between a common connection point of the third type inverter and the fourth type inverter and a ground, or set between the common connection point and a power source. A transistor was connected.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a static latch circuit L1 according to a first embodiment of the present invention. Reference numerals 31 and 32 denote the first type inverter having the configuration shown in FIG. 2, reference numerals 33 and 34 denote the second type inverter composed of only a pMOS transistor and an nMOS transistor, MN31 denotes a reset nMOS transistor, and MN32 denotes a feedback (holding) ) NMOS transistor. 35 is an input terminal, 36 is an output terminal, 37 is an inverted output terminal, 38A is a clock terminal, 38B is an inverted clock terminal, and 39 is a reset terminal.
[0015]
In FIG. 2 showing the first type inverters 31 and 32, MP1 and MN1 are pMOS and nMOS transistors constituting a CMOS inverter circuit, MP2 and MN2 are pMOS and nMOS transistors for preventing through current, and MN3 Is a clock nMOS transistor. Reference numeral 311 denotes an input terminal, 312 denotes an output terminal, 313 denotes a through current control terminal, and 314 denotes a clock terminal. As shown in the figure, the through current prevention transistors MP2 and MN2 are connected to the most power supply side and the ground side, and the drain of the clock transistor MN3 is connected to the output terminal 312. If the clock transistor MN3 is thus connected to the inside, the influence of leakage of the transistor MN1 constituting the CMOS inverter can be mitigated. That is, when the transistor MN1 is inverted from off to on, the influence of charge leakage on the diffusion capacitance located between the transistors MN1 and MN2 can be reduced.
[0016]
In the latch circuit L1 of FIG. 1, the inverter 31 inputs the output signal of the inverter 33 in the second stage after that to the through current control terminal 313, and the inverter 32 passes the output signal of the inverter 34 in the second stage after that. The current is input to the current control terminal 313.
[0017]
When the clock terminal 38A is "L", the clock terminal 38B is "H" (latched state), and the reset terminal 39 is "L" (non-reset state), the output terminal 36 is "H" and the inverted output terminal 37 Is assumed to be “L”.
[0018]
At this time, since the feedback transistor MN32 is on, the output “H” of the inverter 34 is fed back to the inverter 33, and the data “H” is held. In the first-stage inverter 31, the output “L” of the inverter 33 is input to the through current control terminal 313, so that the transistor MP2 is on and the MN2 is off. In the inverter 32 at the next stage, the output “H” of the inverter 34 is input to the through current control terminal 313. Conversely, the transistor MP2 is off and the MN2 is on.
[0019]
Next, when the clock terminal 38A is inverted to “H” and 38B is inverted to “L”, the feedback transistor MN32 is turned off, and the transistor MN3 of the inverters 31 and 32 is turned on. Therefore, if data “L” is input to the input terminal 35 at this time, the output of the inverter 31 becomes “H” in combination with the transistor MP1 being turned on and the transistor MP2 being turned on in advance. As a result, the output of the inverter 32 becomes “L” in combination with the transistor MN1 being turned on and the transistors MN2 and MN3 being turned on in advance.
[0020]
As described above, when the clock terminal 38A is “H” and 38B is “L”, if the input terminal 35 is “L”, the inverters 31 to 34 are inverted, and the output terminal 36 is “L”. The output terminal 37 becomes “H”. At this time, since the through current control terminal 313 of the inverter 31 changes to “H” and the through current control terminal 313 of the inverter 32 changes to “L” after a delay of two inverter stages, the transistor MP2 is turned off in the inverter 31. The transistor MN2 is turned on, and the inverter 32 is turned on and the transistor MN2 is turned off to cut off the power line and the ground line.
[0021]
Next, when the clock terminal 38A is inverted to “L” and 38B is inverted to “H”, the feedback transistor MN32 is turned on and the “L” state of the output terminal 36 and the “H” state of the inverted output terminal 37 are maintained.
[0022]
Further, when the clock terminal 38A is inverted to “H” and 38B is inverted to “L”, the feedback transistor MN32 is turned off and the transistor MN3 of the inverters 31 and 32 is turned on as described above. Therefore, when data “H” is input to the input terminal 35 at this time, the transistor 31 of the inverter 31 is turned on and its output becomes “L”, and thus the inverter 32 has its transistor MP1 turned on and its output is “H”. "become.
[0023]
At the time of this inversion, since the transistor MP1 of the inverter 31 is turned off in advance, the through current does not flow. Also, since the transistor MN1 of the inverter 32 is turned off in advance, no through current flows.
[0024]
That is, in the latch circuit L1 shown in FIG. 1, the through current control terminal 313 of the inverters 31 and 32 is controlled by the held data, and input data for creating a state different from the current state is input and inverted. When doing so, the line of the pMOS or nMOS transistor to be turned off based on the data is blocked in advance by the transistor for preventing through current, so that no through current flows in the inverters 31 and 32.
[0025]
3A is a diagram showing a master-slave type DFF circuit configured using the latch circuit L1 shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram showing its operation waveform. Reference numeral 41 is an input terminal, 42 and 43 are output terminals, 44M is a master clock terminal, 44S is a slave clock terminal, and 45 is a reset terminal.
[0026]
In the latch circuit L1 constituting this DFF circuit, it is only necessary to control the clock terminal 38A to “H” at the time of data writing and only to control the clock terminal 38B to “H” at the time of data holding. The clock signals CKM and CKS input to the clock terminal 44M and the slave clock terminal 44S do not need to fully swing from the ground potential VSS to the power supply potential VDD. Vtn is the threshold voltage of the nMOS transistor. As this Vtn, a fraction of a full swing is sufficient.
[0027]
Therefore, the power consumption of the clock driver circuit, which has been a factor of increasing the power consumption in the conventional MOS-LSI, can be greatly reduced, and the time required for inversion of the clock signal can be shortened. Contribute to.
[0028]
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing another latch circuit L1 ′ obtained by modifying the latch circuit L1 shown in FIG. Here, unlike the above-described latch circuit L1, modified first type inverters 46 and 47 are used, and a pMOS transistor is used for the clock. Further, a pMOS transistor MP31 is used for resetting, and a pMOS transistor MP32 is used for holding data. In this latch circuit L1 ', just like the latch circuit L1, data is held when the clock terminal 38A is "H" and 38B is "L", and when the clock terminal 38A is "L" and 38B is "H". Data capture is performed. Reference numeral 39 'denotes a set terminal. When this is set to "L", the output terminal 36 is set to "H" and the inverted output terminal 37 is set to "L".
[0029]
FIG. 5 is a specific circuit diagram of the modified first type inverters 46 and 47. In the figure, MP4 and MN4 are pMOS and nMOS transistors constituting the CMOS inverter circuit, MP5 and MN5 are pMOS and nMOS transistors for preventing through current, and MP6 is a clock pMOS transistor. Reference numeral 461 denotes an input terminal, 462 denotes an output terminal, 463 denotes a through current control terminal, and 464 denotes a clock terminal. As shown in the figure, the through current preventing transistors MP5 and MN5 are connected to the most power supply side and the ground side, and the drain of the clock transistor MP6 is connected to the output terminal 462.
[0030]
6A is a diagram illustrating a master-slave type DFF circuit configured using the latch circuit L1 ′ illustrated in FIG. 4, and FIG. 6B is a diagram illustrating operation waveforms thereof. The same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG. Reference numeral 45 ′ denotes a set terminal for setting the interior by setting it to “L”.
[0031]
In the latch circuit L1 ′ constituting this DFF circuit, the clock terminal 38B only needs to be controlled to “L” when data is written, and the clock terminal 38A only needs to be controlled to “L” when data is held. The clock signals input to the master clock terminal 44M and the slave clock terminal 44S do not need to fully swing from the power supply potential VDD to the ground potential VSS, but may swing from the power supply potential VDD as much as less than VDD−Vtp. Vtp is a threshold voltage of the pMOS transistor. For this Vtp, an amplitude that is a fraction of the full swing is sufficient.
[0032]
Therefore, even when the latch circuit L1 ′ of the second embodiment is used for the master-slave type DFF circuit, the power consumption of the clock driver circuit can be greatly reduced and the time required for the inversion of the clock signal can be reduced. This contributes to a faster circuit operation.
[0033]
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a dynamic latch circuit L2 according to the third embodiment. Here, the third type inverters 51 and 52 and the fourth type inverters 53 to 56 shown in FIG. 8 are connected in series. Inverters 51 and 52 constitute a latch unit, and inverters 53 to 56 constitute a delay unit. Reference numeral 57 is an input terminal, 58 to 61 are output terminals, 62 is a clock terminal, and 63 is a reset terminal.
[0034]
As shown in FIG. 8A, the third type of inverters 51 and 52 include pMOS and nMOS transistors MP7 and MN7, a pMOS for preventing through current, and nMOS transistors MP8 and MN8, which constitute a CMOS inverter circuit. The clock nMOS transistor MN9 is used. Reference numeral 511 denotes an input terminal, 512 denotes an output terminal, 513 denotes a through current control terminal, and 514 denotes a clock terminal. FIG. 8B shows a symbol.
[0035]
As shown in FIG. 9A, the fourth type of inverters 53 to 56 are composed of pMOS and nMOS transistors MP10 and MN10, pMOS for preventing through current, and nMOS transistors MP11 and MN11 constituting the CMOS inverter circuit. It is configured. Reference numeral 531 denotes an input terminal, 532 denotes an output terminal, and 533 denotes a through current control terminal. FIG. 9B shows a symbol.
[0036]
In this latch circuit L 2, the through current control terminal 513 of the inverter 51 receives the output of the inverter 55 in the fourth stage and the through current control terminal 513 of the inverter 52 receives the output of the inverter 56 in the fourth stage. The current control terminal 533 receives the output of the inverter 55 in the second stage, the through current control terminal 533 of the inverter 54 receives the output of the inverter 56 in the second stage, and the through current control terminal 533 of the inverter 55 is the inverter in the second stage. 53, the through current control terminal 533 of the inverter 56 receives the input of the inverter 54 at the preceding stage. That is, the front-stage inverter 51 receives the output signal of the even-numbered-stage subsequent-stage inverter, the last-stage inverter 56 receives the input signal of the even-numbered-stage previous-stage inverter, and the other inverters 52 to 55 output the output of the even-numbered-stage subsequent-stage inverter. Receives the signal or the input signal of the inverter at the preceding stage of the even number stage.
[0037]
When the clock terminal 62 is “L” and the reset terminal 63 is “H”, the transistor MN51 is turned on, the output terminal 58 is “L”, the output of the inverter 53 is “H”, and the output terminal 59 is The output of the inverter 55 is “H”, the output terminal 61 is “H”, the output of the inverter 56 is “L”, and the output terminal 60 is “L”. This state is a reset state.
[0038]
At this time, since the through current control terminal 513 of the inverter 51 becomes “H”, the through current prevention transistor MP8 is turned off and the MN8 is turned on, and the inverter 52 has its through current control terminal 513 of “L”. The through current prevention transistor MP8 is turned on and MN8 is turned off, and the inverter 53 has the through current control terminal 533 at “H”, so that the through current prevention transistor MP11 is turned off and the MN11 is turned on, and the inverter 54 is turned on. Since 533 becomes “L”, the through current prevention transistor MP11 is turned on and MN11 is turned off, and since the through current control terminal 533 of the inverter 55 becomes “H”, the through current prevention transistor MP11 is turned off and MN11 is turned on. The inverter 56 is turned on and the through current control terminal 533 is set to “L”. Since the, the through current prevention transistor MP11 is turned on, MN11 is turned off.
[0039]
Next, when data of “H” is input to the input terminal 57, the transistor MN8 of the inverter 51 is turned on before this time, and the transistor MP8 of the inverter 52 is turned on, so that the clock terminal 62 is “H” and the reset terminal 63 is turned on. Becomes “L”, the output of the inverter 51 becomes “L” and the output of the inverter 52 becomes “H”. Further, the transistor MP11 of the inverters 53 and 55 is turned on in advance, the MN11 is turned off, and further, the transistor MP11 of the inverters 54 and 56 is turned off in advance and the MN11 is turned on. Are inverted to “L”, “H”, “L”, and “H”, respectively.
[0040]
As described above, since the through-current preventing transistor connected in series to the pMOS or nMOS that is turned off from the on-state by the inversion of the input signal is turned off in advance, the through-current flows in each inverter 51 to 56 at the time of the inversion. There is nothing. Also, the inverters 51 and 52 were delayed by four stages of inverters from the inversion, and the inverters 53 and 54 were turned off by turning off the through-current prevention transistors that were turned on after the delay of the two-stage inverters. The through current prevention transistor is turned on. The inverters 55 and 56 are turned off after the through-current preventing transistor is turned on and turned off, and then inverted after the delay of the two-stage inverter.
[0041]
As described above, the “H” data input to the input terminal 57 is taken in at the timing when the clock terminal 52 becomes “H”, and the “H” data is output from the output terminal 58 to the output terminal 59. "L" data is output by inverting. This is output to the output terminal 60 after being delayed by the inverters 53 to 56, and is output to the output terminal 61 after being delayed and inverted by the inverters 53 to 55.
[0042]
Next, after the data “H” is captured from the input terminal 57, the data is retained even if the clock terminal 62 is inverted to “L”. That is, when the clock terminal 62 becomes “L”, even if the data at the input terminal 57 is subsequently inverted to “L”, the inverter 51 is inverted and its output is set to “H”. Since MN9 is off, it cannot be inverted and the output data is held by the parasitic capacitance of the output terminal 58, so the data of the output terminals 58 to 61 does not change.
[0043]
Note that the above is the case where “H” data is input to the input terminal 57. Similarly, even when “L” data is input, when the clock terminal 62 becomes “H”, When data is taken in and the clock terminal 62 is set to “L”, the data is held.
[0044]
As described above, the latch circuit L2 according to the third embodiment is simply controlled by a single-phase clock. Therefore, when configuring a CMOS sequential circuit such as a register, the clock driver and clock wiring are only single-phase. As in the latch circuit L1 of the first embodiment, the amplitude from VSS to VSS + Vtn is sufficient. In addition, since it is composed of only a CMOS gate that can prevent a through current, power consumption can be greatly reduced.
[0045]
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a dynamic latch circuit L2 ′ according to the fourth embodiment. Here, the modified third type inverters 71 and 72 shown in FIG. 11 and the aforementioned fourth type inverters 53 to 56 are connected in series. MP51 is a set pMOS transistor, and 63 'is a set terminal. Others are the same as those shown in FIG.
[0046]
As shown in FIG. 11A, the modified third type inverters 71 and 72 include pMOS and nMOS transistors MP12 and MN12, pMOS for preventing through current, and nMOS transistors MP13 and MN13 that constitute a CMOS inverter circuit. , And a clock pMOS transistor MP14. Reference numeral 711 denotes an input terminal, 712 denotes an output terminal, 713 denotes a through current control terminal, and 714 denotes a clock terminal. FIG. 11B shows symbols of these inverters 71 and 72.
[0047]
In the latch circuit L2 ′, when the set terminal 73 ′ is “L”, the output terminals 58 and 60 are set to “H”, and the output terminals 59 and 61 are set to “L”. Further, when the clock terminal 62 is “L”, the data to be input to the input terminal 57 is fetched, and the data is held during the period when the clock terminal 62 is “H”. Other delay operations and through current prevention operations are the same as those of the latch circuit L2 of the third embodiment. Therefore, the latch circuit L2 ′ can be controlled only by a single-phase clock, and the through current is prevented, similarly to the latch circuit L2. As with the latch circuit L1 ′ of the second embodiment, the clock signal is sufficient if the amplitude is lower than VDD by VDD−Vtp.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to prevent a through current when data is inverted, thereby reducing current consumption. In addition, since the clock to be used does not need to fully swing from VSS to VDD, the power consumption of the clock driver can be reduced and high speed operation is possible. Furthermore, according to the fourth and fifth inventions, the clock is only required for a single phase, so that the number of wirings is reduced and the area is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a static latch circuit according to a first embodiment;
FIG. 2 is a circuit diagram of a first type inverter constituting the latch circuit of FIG. 1;
3A is a circuit diagram of a master-slave type DFF circuit constituted by the latch circuit of FIG. 1, and FIG. 3B is an operation waveform diagram thereof.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a static latch circuit according to a second embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram of a modified first type inverter constituting the latch circuit of FIG. 4;
6A is a circuit diagram of a master-slave type DFF circuit constituted by the latch circuit of FIG. 4, and FIG. 6B is an operation waveform diagram thereof.
7 is a circuit diagram illustrating a dynamic latch circuit according to a third embodiment; FIG.
8A is a circuit diagram of a third type of inverter constituting the latch circuit of FIG. 7, and FIG. 8B is a diagram illustrating symbols thereof;
9A is a circuit diagram of a fourth type of inverter constituting the latch circuit of FIG. 7, and FIG. 9B is a diagram showing symbols thereof;
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a dynamic latch circuit according to a fourth embodiment.
11A is a circuit diagram of a modified third type inverter that constitutes the latch circuit of FIG. 10, and FIG. 11B is a diagram illustrating symbols thereof;
FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional static latch circuit.
FIG. 13 is a circuit diagram of a conventional dynamic latch circuit.
14A is a circuit diagram of a master-slave type DFF circuit using the latch circuit of FIG. 12, and FIG. 14B is an operation waveform diagram thereof.
15A is a circuit diagram of a register using the latch circuit of FIG. 12, and FIG. 15B is an operation waveform diagram thereof.
16A and 16B are circuit diagrams of a delay circuit of the register of FIG.
[Explanation of symbols]
L3: Static latch circuit, L4: Dynamic latch circuit, 1, 2: Transfer gate, 3: NAND gate, 4, 5: Inverter, 6: Input terminal, 7, 8: Output terminal, 9: Clock terminal 10: Reset terminal, 11: Input terminal, 12, 13: Output terminal, 14M, 14S: Clock terminal, 15: Reset terminal, 21: Input terminal, 22-25: Output terminal, 26: Clock terminal, 27: Reset Terminal, 28: inverter, 29: transfer gate,
L1, L1 ′: static type latch circuit 31, 32: first type inverter, 311; input terminal, 312: output terminal, 313: through current control terminal, 314: clock terminal, 33, 34: second type 35: input terminal, 36, 37: output terminal, 38A, 38B: clock terminal, 39: reset terminal, 39 ′: set terminal, 41: input terminal, 42, 43: output terminal, 44M, 44S: clock Terminal, 45: reset terminal, 45 ′: set terminal, 46, 47: modified first type inverter, 461: input terminal, 462: output terminal, 463: through current control terminal, 464: clock terminal,
L2, L2 ': Dynamic latch circuit 51, 52: Third type inverter, 511: Input terminal, 512: Output terminal, 513: Through current control terminal, 514: Clock terminal, 53-56: Fourth type Inverter, 531: Input terminal, 532: Output terminal, 533: Through current control terminal, 57: Input terminal, 58 to 61: Output terminal, 62: Clock terminal, 63: Reset terminal, 63 ′: Set terminal, 71, 72: Modified third type inverter 711: Input terminal 712: Output terminal 713: Through current control terminal 714: Clock terminal

Claims (5)

CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタ、および貫通電流防止用トランジスタの一方のトランジスタに直列接続されたクロックトランジスタからなる第1種のインバータと、CMOSインバータ回路からなる第2種のインバータと、帰還用トランジスタとを含み、
入力端子に前記第1種のインバータを複数段シリーズに接続すると共に、その後段に前記第2種のインバータを複数段シリーズに接続し、
前記複数段接続した第2種のインバータの偶数段をまたぐように前記帰還用トランジスタを接続し、
前記第1種のインバータのクロックトランジスタのゲートを第1のクロック端子に接続すると共に、前記帰還用トランジスタのゲートを第1のクロック端子に入力するクロックと位相が反転したクロックが入力する第2のクロック端子に接続し、
前記第1種のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段後段のインバータの出力側に接続した、
ことを特徴とするラッチ回路。
A first inverter comprising a CMOS inverter circuit, a through current prevention transistor connected in series to each of the transistors of the CMOS inverter circuit, and a clock transistor connected in series to one of the through current prevention transistors; Including a second type inverter composed of a CMOS inverter circuit and a feedback transistor;
The first type inverter is connected to the input terminal in a multi-stage series, and the second type inverter is connected to the multi-stage series in the subsequent stage.
Connecting the feedback transistor so as to straddle an even number of stages of the second type inverter connected in multiple stages;
The gate of the clock transistor of the first type inverter is connected to a first clock terminal, and a clock whose phase is inverted with respect to the clock input to the gate of the feedback transistor is input to the first clock terminal. Connect to the clock terminal,
The gate of the through current prevention transistor of the first type inverter is connected to the output side of the inverter at the subsequent stage of the even number stage from the inverter.
A latch circuit characterized by the above.
前記第1種のインバータと前記第2種のインバータの共通接続点と接地間にリセット用トランジスタを接続し、又は該共通接続点と電源間にセット用のトランジスタを接続したことを特徴とする請求項1のラッチ回路。A reset transistor is connected between a common connection point of the first type inverter and the second type inverter and a ground, or a setting transistor is connected between the common connection point and a power source. The latch circuit according to Item 1. 前記請求項1のラッチ回路の2個をシリーズに接続し、前段のラッチ回路の第1のクロック端子と後段のラッチ回路の第2のクロック端子をマスタクロック端子とスレーブクロック端子の一方に共通接続し、前段のラッチ回路の第2のクロック端子と後段のラッチ回路の第1のクロック端子を他方に共通接続したことを特徴とするマスタスレーブ型のDFF回路。Two of the latch circuits of claim 1 are connected in series, and the first clock terminal of the preceding latch circuit and the second clock terminal of the succeeding latch circuit are commonly connected to one of the master clock terminal and the slave clock terminal. A master-slave type DFF circuit, wherein the second clock terminal of the latch circuit in the preceding stage and the first clock terminal of the latch circuit in the subsequent stage are connected in common to the other. CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタ、および貫通電流防止用トランジスタの一方のトランジスタに直列接続されたクロックトランジスタからなる第3種のインバータと、CMOSインバータ回路、該CMOSインバータ回路の各トランジスタの各々に直列接続された貫通電流防止用トランジスタからなる第4種のインバータとを含み、
入力端子に前記第3種のインバータを複数段シリーズに接続すると共に、その後段に前記第4種のインバータを複数段シリーズに接続し、
前記各第3種のインバータのクロックトランジスタのゲートを共通のクロック端子に接続し、
前記第3種のインバータの内の最も前段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段後段のインバータの出力側に接続し、前記第4種のインバータの内の最も後段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータより偶数段前段のインバータの入力側に接続し、他の段のインバータの貫通電流防止用トランジスタのゲートを当該インバータの偶数段前段のインバータの入力側又は偶数段後段のインバータの出力側に接続した、
ことを特徴とするラッチ回路。
A third inverter comprising a CMOS inverter circuit, a through-current preventing transistor connected in series to each of the transistors of the CMOS inverter circuit, and a clock transistor connected in series to one of the through-current preventing transistors; A CMOS inverter circuit, and a fourth type inverter composed of a through-current prevention transistor connected in series to each of the transistors of the CMOS inverter circuit,
The third type inverter is connected to the input terminal in a multiple stage series, and the fourth type inverter is connected to the subsequent stage in a multiple stage series.
A gate of a clock transistor of each of the third type inverters is connected to a common clock terminal;
The gate of the through current prevention transistor of the first-stage inverter of the third type inverter is connected to the output side of the even-numbered-stage subsequent-stage inverter from the inverter, and the rearmost-stage inverter of the fourth-type inverter The through-current prevention transistor gate of the inverter is connected to the input side of the inverter of the even-numbered stage before the inverter, and the through-current prevention transistor gate of the inverter of the other stage is connected to the input side of the inverter of the even-numbered stage before the inverter or Connected to the output side of the inverter of the even numbered stage,
A latch circuit characterized by the above.
前記第3種のインバータと前記第4種のインバータの共通接続点と接地間にリセット用トランジスタを接続し、または該共通接続点と電源間にセット用トランジスタを接続したことを特徴とする請求項4のラッチ回路。The reset transistor is connected between a common connection point of the third type inverter and the fourth type inverter and the ground, or a set transistor is connected between the common connection point and a power source. 4 latch circuit.
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