JP4168326B2 - 差動カスコードスイッチを使用するパルスdフリップフロップ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路設計の分野に関し、特に、最小セットアップ時間及び伝搬遅延を達成する一方で消費電力も最小である、カスコード電圧スイッチを利用するパルストリガDフリップフロップ(P−DFF)に関する。
【0002】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
データフリップフロップ(DFF)は、各クロックサイクルの特定の時点でデータ入力を「読み取る」ように構成される。DFFの出力は、読み取られた値を、入力データのその後の変化又は雑音に関係なく、次のデータ値が読み取られるまで提供する。データ入力は、それがDFFに読み取られる間、安定していなければならず、さもなければ読取り値は確定不能になることがある。データ入力の読取りは、データ入力の変化に対するDFFの感度が最小化されるように、瞬時に行われることが理想的である。また、瞬時の読取りが各クロックサイクル内の厳密に同じ時点で行われることも理想的である。
【0003】
パルストリガラッチ及びフリップフロップは一般的に、当該技術分野でDFFの理想的な性能にできるだけ近づくために使用される。パルストリガラッチでは、パルス発生器がクロックの各立上り又は立下り(活性の)エッジで狭パルスを提供する。パルスがアサートされる間は、データ入力線の信号はラッチの出力に伝達される。パルスがアサートされない間は、ラッチの出力は変わらない。出力の安定性を最大にするために、かつ、データ入力の安定性要件を軽減するために、アサートされるパルスの幅はできるだけ狭く維持される。
【0004】
DFFの性能は、そのサイクル遅延又は「シーケンシングオーバヘッド」及びその電力消費により評価される。シーケンシングオーバヘッドはここでは、データをデバイスに読み込み、かつ、このデータ入力に対応する安定な出力を生成するために必要な最低限の時間と定義される。これは、データ値の信頼できる読取りを確実にするためにデータ入力に課せられるセットアップ要件に加えて、データ入力をデバイスの出力まで伝搬するために要する時間を含む。このシーケンシングオーバヘッドは逆に、DFFの直列文字列を確実に操作できる最大速度に対応する。DFFがデバイスを試験するために使用されるスキャン論理などの追加的内部論理を含む場合、シーケンシングオーバヘッドは通常の(即ち性能)動作中に追加的内部論理がデータ入力のDFFの出力への伝搬に対して与える影響を含む。DFFの電力消費は一般的に、DFF内の素子の状態を変化させるために必要なエネルギによって異なり、従って、一般的にDFFによって読み取られるデータ値のパターンによって異なる。一般的に、DFFの電力消費は、DFFへの仮定のランダムデータ入力パターンに基づいて推定される。
【0005】
図1乃至3は、先行技術のパルスDフリップフロップ例を示す。図1には、デバイスがデータを読み込むようにクロックされたときに、内部ノードの値を前充電された値に変化させることに関連する遅延を回避するためにフリップフロップの内部ノード101を前充電することにより、高速度性能を達成する「ハイブリッドラッチ」フリップフロップ(HLFF)例を示す[2、3]。クロック(CLK)信号が低レベルのとき、pチャネルデバイス121は導通し、それによって内部ノード101を前充電して高レベル状態にする。低レベルクロック信号もまたnチャネルデバイス132を非導通状態にし、それによってQにおける電圧のディスチャージを排除するので、この内部高レベル状態は出力Qに対して影響しない。また、クロック信号が低レベルの間は、反転遅延論理110はnチャネルデバイス124及び134を導通状態にする。
【0006】
クロック信号が高レベルになると、pチャネルデバイス121は非導通状態になり、デバイス122は導通状態になる。最初にデバイス122及び124は導通状態にあるので、nチャネルデバイス123のゲートにおけるデータ信号の値が内部ノード101の状態を決定する。データ信号が低レベルの場合、内部ノード101は高レベル状態のままである。データ信号が高レベルの場合、内部ノード101はデバイス122、123及び124の直列経路を通して放電して低レベル状態になる。また、クロック信号が最初に高レベルになるときに、デバイス132及び134は導通状態にあり、初期ノード101の状態の反転が出力Qに伝達される。
【0007】
アサートされたクロック信号は反転遅延論理110を通して伝搬し、約3ゲート時間遅延後に、クロックの高レベル値がデバイス124及び134のゲートを低レベル値にし、それらの各々を非導通状態にする。この非導通状態では、内部状態101及び出力Qのいずれも、放電して低レベル状態になることはできない。内部状態101は、放電して低レベル状態になることができないので、pチャネルデバイス131の状態は変化できない。内部状態101が低レベルであった場合、デバイス131は導通していたであろうし、出力Qは高レベル状態であり、デバイス134は非導通状態であるので、出力Qは高レベル状態のままであろう。内部状態101が高レベルであった場合、デバイス131は非導通状態になっており、出力Qは(クロックが最初に高レベルになるときに132、133、134を介して)低レベル状態になっていたであろう。デバイス124は非導通状態であるので、内部状態101はこの高レベル状態のままであろう。
【0008】
クロックが再び低レベルになると、内部状態101は再び前充電して高レベル状態になる。クロック信号が低レベルのときにデバイス132は非導通状態であり、出力Qが現在高レベル状態の場合、出力Qを放電できないので、この前充電は出力Qには影響しない。内部ノード101の前充電は、デバイス131を非導通状態にし、従って出力Qが現在低レベル状態である場合、出力Qを放電することができない。
【0009】
データ入力値が低レベル状態の場合、クロックの状態に関係なく、pチャネルデバイス141を介して、内部状態101はまた前充電される。両方のデバイス132及び134が導通していない限り、この前充電は出力Qに影響することはできず、それは、データ入力が出力Qに伝搬されるように意図された時間中にだけ発生する。
【0010】
交差接続インバータ140は相補形出力Qnを提供し、上述のプロセスにおける遷移中、又は長期間のクロックの非活動中に、出力Qに安定性の追加的余裕を提供する。
【0011】
上述の通り、内部ノードの状態は、両方のnチャネルデバイス122及び124が導通している期間中にのみ、データ信号に依存する。相互導通のこの時間は遅延ブロック110によって決定される。遅延ブロック10の遅延時間は、データ線の値が出力Qに伝搬されることを依然として保証しながら、できるだけ短くなるように設定される。内部ノード101は高レベル状態に前充電されるので、低レベル状態のデータを伝搬するための遅延は、出力Qがすでに低レベルになっていなければ出力Qを放電して低レベル状態にするためのnチャネルデバイス132の遅延にすぎない。高レベル状態のデータを伝搬するための遅延は、内部ノード101を放電するためのnチャネルデバイス122の遅延に、出力ノードQがすでに高レベル状態になっていなければそれを放電して高レベル状態にするためのpチャネルデバイス131の遅延を加えたものである。しかし、デバイス110の遅延は、nチャネルデバイス122がデータ制御デバイス123を介して内部ノード101を放電させるか、あるいはnチャネルデバイス132が内部ノード制御デバイス133を介して出力Qを放電させるために充分な長さだけにする必要があることに留意されたい。高レベルのデータ入力の保持時間、即ちデータが高レベルを維持しなければならない時間は、出力Qが論理的高レベル状態になるまでpチャネルデバイス141を導通状態にしないように、デバイス110の遅延時間よりわずかに大きくなる。
【0012】
図1のHDFFによって消費されるエネルギの量は、各ノードが充電又は放電される回数に依存する。データ入力が一定した低レベル状態である場合、内部ノード101は高レベル状態に維持され、出力Qは低レベル状態に維持されるので、エネルギはほとんど消費されない。他方、データ入力が一定した高レベル状態である場合、内部ノードは継続的に前充電され放電される。従って、不活性の期間中でも、不活性期間が高レベル状態のデータ入力に対応する場合には、エネルギが消費される。通常の活性期間中の平均エネルギ消費は従来のスタティック(即ち非前充電)フリップフロップ構造に匹敵する。
【0013】
図2は、同じく前充電技術を使用して高速度を達成するセミダイナミックフリップフロップSDFF[4]の例を示す。遅延ブロック210は、クロックが低レベルから高レベル状態に遷移した後の短い時間中にだけデータ入力信号を内部ノード201に伝搬することができるという、図1の遅延ブロック110と同様に機能を果たす。NANDゲート211は、内部ノード201が(高レベルデータ入力により)低レベルになると直ちに、nチャネルデバイス222を非導通状態にするように構成され、それによってデバイス210の遅延より長い期間中データ入力を高レベル状態に維持するという上述の要件が排除される。事実上、デバイス210は、デバイス210に関連する事前設定された遅延、又は、データ入力を内部ノードに伝搬するために必要な実際の時間のいずれか短い方に対するSDFFの感受性を自動的に制限する自己調整デバイスである。交差接続インバータ140、240は、遷移中、又はクロックの長時間の非活動中、出力Q及び内部ノード201を安定化するのに役立つ。
【0014】
前充電プロセスのため、図2のSDFFは、特に連続高レベルデータ入力に対して、図1のHDFFと同様のエネルギ消費特性を示す。他方、SDFF構造はHDFF構造より、埋込み論理関数に適している。埋込み論理はフリップフロップが、フリップフロップのクロックDトゥQ機能に加えて、非同期又は同期セット及びリセット、スキャンテスト論理の包含等を含め、他の機能を実行することができる。
【0015】
図3は、自己リセット論理を含むエッジトリガラッチ(ETL)例を示す[5、6]。動作中、内部ノードはリセット倫理390を介して高レベル論理状態に前充電される。リセット論理390は、指定された遅延を有する。Q及びQn信号が異なる場合は常に、指定された遅延後に、リセット論理390がpチャネルデバイス321、331を導通状態にし、それは内部ノード301、302を自動的に高レベル論理状態にリセットする。Q及びQn信号は内部ノード301、302に直接結合されるので、これらのノードは両方とも低レベル論理状態にリセットされ、従ってETLの情報状態に関連するQ又はQn値を読み取るように構成されたデバイスは、これらのノードが自動的にリセットされる前に、Q又はQn値を読み取るように構成しなければならないことに留意されたい。
【0016】
遅延論理310は図1の遅延論理110と同様に作動し、クロック(Clk)の立上がりエッジの後、デバイス310の遅延時間中にだけ、ETLをデータ入力に対し高感度にする。データ入力が高レベルの場合、内部ノード301はクロックの立上がりエッジで低レベルになり、出力Qは高レベルになる。データ入力が低レベルの場合、内部ノード302はクロックの立上がりエッジで低レベルになり、出力Qnは高レベルになる。出力Q、Qnのいずれかの状態が高レベル状態に変化すると、上述した自動リセットプロセスが開始され、それはリセット遅延期間後に出力Q及びQnを低レベル状態へリセットする。
【0017】
出力Q及びQnが両方とも低レベル状態である場合、次のリセット遅延期間後、デバイス321及び331は非導通状態になる。交差接続されたpチャネルデバイス341は、データ入力が読み取られる際、反対側のノードが低レベルになるときに、「不活性」ノードが高レベル状態に維持されることを確実にする。交差接続インバータ342、343は、クロックの立上がりエッジとリセット時間との間の出力Q及びQnを安定化する。
【0018】
内部ノード301、302は両方とも各クロックサイクルで前充電されて高レベル状態になり、それらの一方は各クロックサイクルで放電されるので、ETLは、データ入力の値のパターンに関係なく、かなりの量のエネルギを消費することに留意されたい。加えて、ETLのダイナミック動作は、出力がその意図された状態に設定された後に安定した出力を取る非ダイナミック/スタティック回路とは非互換的である。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、最小電力を消費する高速フリップフロップを提供することである。本発明のさらなる目的は、スタティックである高速フリップフロップを提供することである。本発明のさらなる目的は、フリップフロップ内の追加論理関数を助長するフリップフロップ構造を提供することである。
【0020】
これらの目的及びその他は、クロックの各活動エッジでデータ状態をスタティックラッチに伝搬するように構成された差動カスコード構造を提供することによって達成される。クロック発生器は、データ状態及びその反転を予め定められた時間ラッチに伝達することができる。第1実施形態では、各カスコード構造は直列の3つのゲートを含み、ゲートはクロック信号、クロック信号の遅延反転、及びデータ状態又はその反転によって制御される。代替実施形態では、各カスコード構造は直列の2つのゲートを含み、ゲートはクロック信号及びクロック信号の遅延反転によって制御される。この代替実施形態では、これらのカスコード構造の各々が、データ信号又はその反転によって直接駆動される。スタティックラッチはデバイス内の前充電ノードの必要性を無くし、それによってデバイスで消費される電力を最小にする。ラッチは交差接続インバータを備えることが好ましく、それは差分カスコード構造によって駆動され、スイッチング速度を向上する。
【0021】
本発明を、例として添付の図面に関連してさらに詳しく説明する。
【0022】
図面全体を通して、同一参照番号は同様の又は対応する特徴又は機能を示す。
【0023】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明によるパルスフリップフロップ400の一例を示す。フリップフロップ400は、図1〜3の遅延ブロック110、210、及び310の動作と同様に、クロック信号の立上がりエッジ後の予め定められた時間だけデータ入力状態及びその反転の、差動ノード401、402への伝搬を可能にするクロック発生器を、ゲートT1乃至T4と共に形成する遅延ブロック410を含む。
【0024】
本発明では、フリップフロップ400は、差動ノード401及び402の間に構成されたスタティックラッチ420を含む。図示する通り、スタティックラッチ420は交差接続インバータを備えることが好ましい。ラッチ420は、新しい値がデータ入力から伝搬されるまで、差分ノード401、402の値をいつまでも維持するように構成される。図4の回路例では、インバータ451及び452は出力信号Q及びその反転Qnを提供するものとして図示されているが、これらのデバイスは後続ステージへのバッファリング機能を提供するにすぎない。参照及び比較を容易にするために、フリップフロップ400の伝搬遅延はここでは、そのようなバッファリングデバイスに関係なく確定される。同様にして、インバータ430は図4にデータ入力状態の反転を提供するものとして図示される。例えばデータ入力及びその補数が先行ステージの相補形出力から提供されるデュアルレールシステムでは、インバータ430は必要無い。
【0025】
直列構造又はカスコード構造T1−T3−T5及びT2−T4−T6は各々、データ入力の状態及びその反転をそれぞれ内部ノード402、401に伝搬するように構成される。クロック信号(Clk)が低レベル状態のとき、トランジスタスイッチT1及びT2は非導通状態にあり、トランジスタスイッチT3及びT4は導通状態にある。参照を容易にするために、コンポーネントT1乃至T6をここではスイッチと呼ぶが、それらはトランジスタ又は他の制御可能なスイッチングデバイスとして実現することができる。同様にして、スイッチT1乃至T6は接地基準電圧への導電経路を提供するnチャネルトランジスタとして図示されるが、正の基準電圧を使用する対応するpチャネル構造又は他の構成体もまた当業者には明白であろう。
【0026】
データ入力が高レベル状態である場合、スイッチT1とT3との間のノード403が、スイッチT3及びT5の導通状態により、基準接地電位になる。同時に、スイッチT2とT4との間のノード404は、スイッチT2及びT6の非導通状態のため、「浮動」状態になる。逆に、データ入力が低レベル状態である場合、スイッチT2とT4との間のノード404が、スイッチT4及びT6の導通状態により、基準接地電位になり、スイッチT1とT3との間のノード403は、スイッチT1及びT5の非導通状態のため、「浮動」状態になる。
【0027】
クロック信号が高レベルになると、スイッチT1及びT2は導通状態になり、データ入力の状態によって、ノード403又はノード404のいずれかのアサートされた低レベル状態が、それぞれ対応するノード401又はノード402に伝搬される。直列構成体のスイッチのサイズがラッチ420を形成するデバイスのサイズに対して適切な大きさであると仮定して、低レベル状態が伝搬されると、ラッチ420はアサートされた状態になる。即ち、クロック信号がアサートされる前に、ラッチ420はノード401の電圧が高レベルである場合の状態になると仮定する。クロック信号が高レベルになったときに、データ入力状態が高レベルである場合、カスコード構成体T1−T3−T5は導通状態になり、ノード401の電圧は基準接地電位に放電される。しかし、前述した図1乃至3の前充電構成体に比較して、構成体T1−T3−T5は、ノード401の電圧が放電状態に維持されるように、ノード401の電圧の放電を引き起こし、かつラッチ420の状態の変化を引き起こすのに充分な導電性を持たなければならないことに留意されたい。この充分な導電率は、ノード401を高レベルにするラッチ420内のデバイスのサイズに比例してトランジスタT1−T3−T5のサイズを決定し、このサイズ決定によって提供される導電率の比率がノード401の放電に極めて有利となるようにすることによって得られる(一般的に「レシオ論理」と呼ばれる)。
【0028】
好適な実施形態では、スイッチT3−T5及びT4−T6は、ラッチ420の出力のキャパシタンスに比較して相対的に高いキャパシタンスを提供するのに充分なサイズに決定されたトランジスタであって、それによってスイッチT1、T2が導通状態になったときに適切なノード401、402の電圧の急速な放電が引き起こされるようにしたトランジスタとして実現される。ノード401の高レベル状態及びデータ入力の高レベル状態の例を続けると、ノード401が放電されているときに、ラッチ420の交差接続インバータ422への対応する入力はインバータ422を高レベル出力状態に遷移させ始め、それに応じて、ノード401に高レベル状態をもたらしたインバータ421を低レベル出力状態に遷移させる。この実施形態では、データ入力が高レベルのときにノード404の電圧は「浮動」しているので、この例における反対側のノード402は、ラッチ420のインバータ422を介して論理高レベル状態になることに留意されたい。従って、全伝搬遅延は、スイッチT1を介してノード401への低レベル状態の伝搬に要する時間に、インバータ422を介してノード402へ逆の状態を伝搬するのに要する時間を加えたものである。好適な実施形態では、データ制御スイッチ(以下ではデータスイッチ)T5及びT6は、基準電圧に最も近いクロック制御スイッチのスタックT1−T3及びT2−T4の「底」に配置され、クロック否定スイッチT3、T4は、適切なノード402、404がクロックの次の立上がりエッジで放電されるように、スタックの中心に配置されることに留意されたい。
【0029】
反転遅延ブロック410を介する立上がりクロック信号の伝搬に関連する遅延後、スイッチT3及びT4は非導通状態におかれ、それによってデータ入力のその後の変化は次のクロック活動エッジまで、内部ノード401、402から分離される。経路T1−T3及びT2−T4のスイッチのいずれかが非導通状態であるときに、ラッチ420はデータ入力の変化に影響されず、従って各経路T1−T3及びT2−T4のスイッチが両方とも導通状態のときに読み取られた最後のデータ状態に維持される。
【0030】
図5は、本発明による代替的実施例のパルスフリップフロップ400’である。この実施形態では、カスコード構造T1−T3及びT2−T4は、入力データ信号及びその反転によって直接駆動される。入力データ信号が、従来のインバータ430の「ハード」論理出力と同様の「ハード」高及び低レベル状態(即ち「浮動」高又は低レベル状態ではない)を提供する従来の論理デバイスによって提供されると仮定すると、各カスコード構造T1−T3及びT2−T4はハード論理状態をノード401、402へ伝達する。ハード論理高レベル及びハード論理低レベル状態は両方ともノード401、402へ伝搬され、それによってノード401、402は、ラッチ420に依存することなく適切な状態を取り、図4に関して上述した通り、対向するノードが放電されたときに論理高レベル状態をもたらすことができることに留意されたい。このようにして、クロックの活動エッジより前に、名目上、活動エッジより1「ゲート時間」前にデータ状態が得られ、データ状態をスイッチT3、T4を介して伝搬することができると仮定すると、伝搬遅延はスイッチT1、T2を介する遅延にすぎなくなる。図5の構造は、図4の構造で使用したようなレシオ論理を使用する必要がなく、従って特に雑音の多い又は変動する電力源を持つシステムで設計の信頼性を潜在的に高めることに留意されたい。
【0031】
当業者には明白であるように、図4及び5の回路例と同じ機能を提供する代替的構造も使用することができる。例えば、図5のスイッチT1乃至T3及びT2乃至T4を介しての高レベル状態及び低レベル状態の伝搬を向上するために、スイッチT1乃至T4は各々、並列のpチャネル及びnチャネルデバイスを備えた相補形パスゲートとして構成することができる。同様にして、図示した図4のnチャネルの実施形態(T1乃至T6)に対する相補形pチャネルの実施形態を、図示したnチャネルの実施形態の代わりに、又はそれに追加して設けることができる。技術上周知の通り、pチャネルの実施形態は、デバイスを高電圧状態にする速度を最適化し、nチャネルの実施形態はデバイスを低電圧状態にする速度を最適化する。両方の構造を使用すれば、両方向の遷移の最適速度を達成することができる。これら及び他の代替的実施形態は、この開示に鑑みて、当業者には明白であろう。
【0032】
スタティックラッチ420の使用も、フリップフロップ400、400’の構造における埋込み論理の包含を助長する。例えば非同期リセットは、ラッチ420の交差接続インバータを第2入力がリセット制御信号である2入力NAND又はNORゲートに単に置換することによって、実現することができる。同様にして、代替的埋込み構造をカスコード構造に直列又は並列に配置して、同期又は非同期機能のみならず、他のクロック信号に依存する機能も提供することができる。
【0033】
図6は、例えば、テスト手順中に代替的データ経路を使用してデータをシステム中に伝搬させる、スキャンテスト用の埋込み論理を備えたパルスフリップフロップ600を示す。図6に示す通り、通常のデータ又は作動データは、図4に関連して上述した通り、カスコード構造T1−T3a−T5a及びT2−T4a−T6aを介してスタティックラッチ420に読み込まれる。代替的データ又はスキャンデータは、カスコード構造T1−T3b−T5b及びT2−T4b−T6bを介してスタティックラッチ420に読み込まれる。制御信号Scanは、どのデバイスT3a、T4a又はT3b、T4bを非導通状態にするかを制御することによって、作動データ又はスキャンデータのどちらがラッチ420に読み込まれるかを決定する。Scanの高レベル状態はインバータ415を介してNANDゲート412aを高レベル状態にし、かつインバータ413aを低レベル状態にし、それによってクロック信号とは関係なくスイッチT3a及びT4aを非導通状態にする。それに応じて、Scanの高レベル状態は、図4の遅延ブロック410に関連して上述した通りクロック信号に依存して、NANDゲート412bが遅延クロック信号を伝搬させてスイッチT3b及びT4bを導通及び非導通状態にすることを可能にする。同様に、Scanの低レベル状態はスイッチT3b及びT4bを非導通状態にし、スイッチT3a及びT4aをクロック信号の状態に対して高感度にする。
【0034】
図6に示す通り、遅延ブロック410aは、素子411a及び411bにそれぞれ関連するD1及びD2の遅延によって示されるように、遅延ブロック410bとは異なる遅延特性を持つように構成することができる。このようにして、通常のデータが読み取られる通常の動作及びスキャンデータが読み取られるテスト動作に対して、異なるクロック速度を使用することができる。
【0035】
図7は、本発明によるスキャンテスト用の埋込み論理を備えた代替的実施例のパルスフリップフロップ600’を示す。カスコード構造T1−T3a及びT2−T4aは、図5のカスコード構造に関連して上述した通り、「ハード」データ状態及びその反転をラッチ420に伝搬する。同様に、カスコード構造T1−T3b及びT2−T4bは「ハード」スキャンデータ及びその反転をラッチ420に伝搬する。作動データ又はスキャンデータのどちらをクロックの立上がりエッジでラッチに読み込むかの選択は、図6に関連して上述した通り、Scan入力の状態によって決定される。
【0036】
図6及び7で、追加的埋込み論理(図6及び7の「b」経路)を作動カスコード構造(「a」経路)と並列に配置することによって、フリップフロップ600、600’の動作性能は、同一ノードに対する追加的容量性負荷を除き、追加的埋込み論理の存在により低下しないことに留意されたい。
【0037】
図8及び9は、本発明によるフリップフロップにおける埋込み論理の他の実施形態例を示す。図8は、入力A及びBが等しい場合には「同一(Same)」出力が高レベルとなり、入力A及びBが等しくない場合には「相違(Diff)」出力が高レベルとなるように、比較器の機能を実行するゲートの構成体800を示す。
【0038】
図9は、本発明によるフリップフロップの多様性を示す。回路例900は、各カスコード構造T1−T3及びT2−T4にそれぞれ接続された相補形出力を持つ論理ブロック910を含む。2つの入力A及びBが図示されているが、当業者には明白である通り、論理ブロック910は任意の数の入力信号の任意の組合せとすることができる。また、回路900のシーケンシングオーバヘッドは、図5に関連して上述した通り、単に論理ブロック910の遅延とトランジスタT1、T2の単一ゲート遅延を加えたものであることにも留意されたい。即ち、本発明のパルスフリップフロップの性能に対する埋込み論理910の影響は、埋込み論理910に関連する遅延の追加だけである。
【0039】
上記は本発明の原理を例証したにすぎない。従って、ここでは明示的に説明せず図示もしなかったが、本発明の原理を実現し、従って本発明の精神及び範囲内に属する様々な構成体を当業者が考案できることは理解されるであろう。
【0040】
参照文献
第1頁:
1 Vladimir Stojanovic及びVojin G. Oklobdzija, “Comparative Analysis of Master-Slave Latches and Flip-Flops for High Performance and Low-Power Systems", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 34, No.4, April 1999, pp 536-548, 参照によってここに組み込まれる。
第2頁:
2 同上、図17
3 Draperら, “Circuit Techniques in a 266-MHz MMX-enabled processor", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 32, November 1997, pp 1650-1664, 参照によってここに組み込まれる。図10参照。
第4頁
4 Stojanovic, 前掲引用書中、図18
5 Draper, 前掲引用書中、図12
6 Stojanovic, 前掲引用書中、図19
【図面の簡単な説明】
【図1】 先行技術のハイブリッドラッチフリップフロップ(HLFF)の一例を示す。
【図2】 先行技術のセミダイナミックフリップフロップ(SDFF)の一例を示す。
【図3】 先行技術のエッジトリガラッチ(ETF)の一例を示す。
【図4】 本発明によるパルスフリップフロップの一例を示す。
【図5】 本発明による代替的パルスフリップフロップの一例を示す。
【図6】 本発明によるスキャンテスト用の埋込み論理を備えたパルスフリップフロップの一例を示す。
【図7】 本発明によるスキャンテスト用の埋込み論理を備えた代替的パルスフリップフロップの一例をしめす。
【図8】 本発明によるパルスフリップフロップの埋込み論理の他の例示的実施形態をしめす。
【図9】 本発明によるパルスフリップフロップの埋込み論理の他の例示的実施形態をしめす。
Claims (7)
- 第1データ入力状態又は第2データ入力状態に選択可能に対応する第1ノード状態を提供するように構成された第1ネットワーク構成と、
前記第1データ入力状態の反転又は前記第2データ入力状態の反転に選択可能に対応する第2ノード状態を提供するように構成された第2ネットワーク構成と、
外部クロック信号に反応するパルス発生器であって、第1遅延素子及び第2遅延素子を備え、前記第1遅延素子又は前記第2遅延素子を選択的に使用可能にする許容入力を有するパルス発生器と、
前記第1ネットワーク構成と前記第2ネットワーク構成との間に動作可能に連結され、前記クロック信号の後続の立上がりエッジまでの連続する時間にわたって、出力状態を生成するために、前記第1データ入力状態又は前記第2データ入力状態に対応する内部状態を記憶するように構成されたラッチと、
を備え、
前記第1ネットワーク構成は、スイッチの第1直列構成体を備え、前記スイッチの第1直列構成体は、前記クロック信号及び前記第1遅延素子の出力信号にそれぞれ反応して、前記クロック信号の活動エッジ後の前記第1遅延素子により定められる時間だけ、前記第1データ入力状態の前記第1ノード状態への伝搬を可能にし、前記第1直列構成体は、入力及び出力を含み、前記第1直列構成体の前記入力は前記第1データ入力状態に対応し、前記第1直列構成体の前記出力は前記第1ノード状態を提供し、
前記第2ネットワーク構成は、スイッチの第2直列構成体を備え、前記スイッチの第2直列構成体は、前記クロック信号及び前記第1遅延素子の出力信号にそれぞれ反応して、前記クロック信号の活動エッジ後の前記第1遅延素子により定められる時間だけ、前記第1データ入力状態の前記反転の前記第2ノード状態への伝搬を可能にし、前記第2直列構成体は、入力及び出力を含み、前記第2直列構成体の前記入力は前記第1データ入力状態の前記反転に対応し、前記第2直列構成体の前記出力は前記第2ノード状態を提供し、
前記第1ネットワーク構成は、前記外部クロック信号を遅延させた遅延クロック信号に反応するスイッチをさらに備え、前記遅延クロック信号の活動エッジ後の前記第2遅延素子により定められる時間だけ、前記第2データ入力状態の前記第1ノード状態への伝搬を可能にし、
前記第2ネットワーク構成は、前記外部クロック信号を遅延させた前記遅延クロック信号に反応するスイッチをさらに備え、前記遅延クロック信号の活動エッジ後の前記第2遅延素子により定められる時間だけ、前記第2データ入力状態の前記反転の前記第2ノード状態への伝搬を可能にすることを特徴とする回路。 - 前記第1遅延素子により定められる前記時間は、前記第2遅延素子により定められる前記時間と異なることを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 前記スイッチの前記第1直列構成体及び前記スイッチの前記第2直列構成体の各々は、nチャネルトランジスタを備えていることを特徴とする請求項1に記載の回路。
- データ入力と第1ノードとの間に接続された第1直列スイッチと、
前記データ入力の反転と第2ノードとの間に接続された第2直列スイッチと、
前記第1ノードと前記第2ノードとの間に接続された交差接続インバータと、
共通に結合された制御入力を有し、選択的に使用可能にされる第1遅延回路及び第2遅延回路と、
を備えているフリップフロップであって、
前記第1直列スイッチ及び前記第2直列スイッチは各々、
クロック信号によって制御されるクロックスイッチと、
前記第1遅延回路によって前記クロック信号から時間的にオフセットされた前記クロック信号の反転によって制御されるクロック否定スイッチと、
を含み、
前記フリップフロップは、さらに、
前記第1直列スイッチの前記クロックスイッチと前記クロック否定スイッチとの間のノードと更なるデータ入力との間に結合され、前記クロック信号の反転によって、前記第2遅延回路から制御される更なる第1クロック否定スイッチと、
前記第2直列スイッチの前記クロックスイッチと前記クロック否定スイッチとの間のノードと前記更なるデータ入力の反転との間に結合され、前記クロック信号の反転によって、前記第2遅延回路から制御される更なる第2クロック否定スイッチと、
を備えていることを特徴とするフリップフロップ。 - 前記第1直列スイッチ及び前記第2直列スイッチの各々は、nチャネルトランジスタを備えていることを特徴とする請求項4に記載のフリップフロップ。
- 前記第1直列スイッチ及び前記第2直列スイッチの各々の前記クロックスイッチは、前記第1ノード及び前記第2ノードにそれぞれ接続されており、
前記第1直列スイッチの前記クロック否定スイッチは、前記データ入力と前記第1直列スイッチの前記クロックスイッチとの間に接続されており、
前記第2直列スイッチの前記クロック否定スイッチは、前記データ入力の反転と前記第2直列スイッチの前記クロックスイッチとの間に接続されていることを特徴とする請求項4に記載のフリップフロップ。 - 前記第1遅延回路により定められる前記時間は、前記第2遅延回路により定められる前記時間と異なることを特徴とする請求項4に記載のフリップフロップ。
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