JP4370229B2 - CMOS logic circuit - Google Patents
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本発明は、3値のサインデジット数「−1」、「0」、「+1」に対応する電圧VDD0、VDD1、VDD2(VDD0<VDD1<VDD2)から選択した信号を複数個入力し論理演算して出力するCMOS論理回路に関するものである。 The present invention inputs a plurality of signals selected from voltages VDD0, VDD1, and VDD2 (VDD0 <VDD1 <VDD2) corresponding to ternary sign digit numbers “−1”, “0”, and “+1” and performs a logical operation. The present invention relates to a CMOS logic circuit that outputs the data.
多値のサインデジット数を用いたデジタル信号のCMOS論理回路の要部回路の従来の構成例として、それぞれ2つ以上のしきい値電圧を有するNMOSトランジスタやPMOSトランジスタを用いて構成した例、あるいは電流モード回路の構成例が知られている(例えば、非特許文献1、2参照)。
しかし、それぞれ2つ以上の多値しきい値電圧を有するNMOSトランジスタやPMOSトランジスタを用いたCMOS論理回路は、通常のCMOSプロセスでは製造できないため、製品コストが高価となる問題点があった。また、電流モード回路の構成例では、スタティックな動作電流が発生し、LSIに多数搭載しようとすると消費電力性が阻害される問題点があった。 However, a CMOS logic circuit using NMOS transistors and PMOS transistors each having two or more multi-value threshold voltages cannot be manufactured by a normal CMOS process, resulting in a problem that the product cost is high. Further, in the configuration example of the current mode circuit, a static operating current is generated, and there is a problem that power consumption is hindered when a large number of LSIs are mounted on the LSI.
本発明の目的は、前記問題点を解消し、廉価な通常のCMOSプロセスで製造でき且つ低消費電力性を有するサインデジット数に対応するCMOS論理回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a CMOS logic circuit that solves the above problems and can be manufactured by an inexpensive ordinary CMOS process and has a low power consumption and corresponds to the number of sign digits.
請求項1にかかる発明のCMOS論理回路は、3値のサインデジット数「−1」、「0」、「+1」に対応する電圧VDD0、VDD1、VDD2(VDD0<VDD1<VDD2)から選択した信号を複数個入力し論理演算して出力するCMOS論理回路であって、前記VDD2の電源端子と出力端子との間に接続された、第1のプリチャージ用PMOSトランジスタ(MPSW2)と複数の前記信号を入力して前記出力端子に演算結果を出力する複数のPMOSトランジスタからなる第1の論理ブロック(10)とからなる直列回路と、前記VDD0の電源端子と前記出力端子との間に接続された、第1のプリチャージ用NMOSトランジスタ(MNSW0)と複数の前記信号を入力して前記出力端子に演算結果を出力する複数のNMOSトランジスタからなる第2の論理ブロック(20)とからなる直列回路と、前記VDD1の電源端子と前記出力端子との間に並列接続された第2のプリチャージ用PMOSトランジスタ(MPSW1)および第2のプリチャージ用NMOSトランジスタ(MNSW1)とを具備し、前記第1のプリチャージ用PMOSトランジスタ(MPSW2)と前記第1のプリチャージ用NMOSトランジスタ(MNSW0)はプリチャージ時に非導通、非プリチャージ時に導通するよう制御され、前記第2のプリチャージ用PMOSトランジスタ(MPSW1)および前記第2のプリチャージ用NMOSトランジスタ(MNSW1)はプリチャージ時に導通、非プリチャージ時に非導通に制御されることを特徴とする。
The CMOS logic circuit of the invention according to
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のCMOS論理回路において、前記第1の論理ブロックに入力する前記複数の信号として、前記3値のサインデジット数「−1」、「0」、「+1」に対応する電圧VDD0、VDD1、VDD2のいずれかである信号*と、該信号*の反転信号*Bと、前記VDD2と前記VDD1を電源電圧として動作する第1のCMOSインバータに前記信号*を入力させて得る信号INV*21と、前記VDD2と前記VDD1を電源電圧として動作する第2のCMOSインバータに前記反転信号*Bを入力させて得る信号INV*B21とを用い、前記第2の論理ブロックに入力する前記複数の信号として、前記信号*と、前記信号*の反転信号*Bと、前記VDD1と前記VDD0とを電源電圧として動作する第3のCMOSインバータに前記信号*を入力させて得る信号INV*10と、前記VDD1と前記VDD0とを電源電圧として動作する第4のCMOSインバータに前記反転信号*Bを入力させて得る信号INV*B10とを用いることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the CMOS logic circuit according to the first aspect, as the plurality of signals inputted to the first logic block, the number of ternary sign digits “−1”, “0”, The signal * that is one of the voltages VDD0, VDD1, and VDD2 corresponding to “+1”, the inverted signal * B of the signal *, and the first CMOS inverter that operates using the VDD2 and the VDD1 as power supply voltages. The signal INV * 21 obtained by inputting * and the signal INV * B21 obtained by inputting the inverted signal * B to the second CMOS inverter that operates using the VDD2 and VDD1 as power supply voltages are used. As the plurality of signals input to the logic block, the signal *, the inverted signal * B of the signal *, the VDD1 and the VDD0 are used as power supply voltages. A signal INV * 10 obtained by inputting the signal * to the third CMOS inverter, and a signal obtained by inputting the inverted signal * B to the fourth CMOS inverter that operates using the VDD1 and VDD0 as power supply voltages. INV * B10 is used.
本発明のCMOS論理回路によれば、各トランジスタが1つのしきい値をもつMOSトランジスタですむので、廉価な通常のプロセスで製造できる。またスタティックな動作電流を少なくできるので消費電力が少なくて済み、しかも構成するMOSトランジスタ数が少なく、論理設計の自動化が容易であるので、LSIに多数搭載する場合、そのLSIのチップ面積、消費電力を増加させることがなく、製品設計を短期間に完了することができる。 According to the CMOS logic circuit of the present invention, each transistor only needs to be a MOS transistor having one threshold value, so that it can be manufactured by an inexpensive ordinary process. In addition, since the static operating current can be reduced, less power is consumed, and the number of MOS transistors is small and the logic design is easy to automate. When many LSIs are mounted, the chip area and power consumption of the LSI The product design can be completed in a short time without increasing the cost.
本発明のCMOS論理回路では、1つのしきい値を持つMOSトランジスタを使用して、3値のサインデジット数「−1」、「0」、「+1」に対応する電圧VDD0、VDD1、VDD2(VDD0<VDD1<VDD2)の信号を複数入力して演算し、その演算結果を出力する。以下、詳しく説明する。なお、以下では、「MP」はPMOSトランジスタを表し、「MN」はNMOSトランジスタを表すものとする。 In the CMOS logic circuit of the present invention, a MOS transistor having one threshold value is used, and voltages VDD0, VDD1, VDD2 (corresponding to ternary sign digit numbers “−1”, “0”, “+1”) Calculation is performed by inputting a plurality of signals of VDD0 <VDD1 <VDD2), and the calculation result is output. This will be described in detail below. In the following, “MP” represents a PMOS transistor, and “MN” represents an NMOS transistor.
図1は実施例1のCMOS論理回路の構成を示す回路図である。本実施例では3値のサインデジット数「+1」、「0」、「−1」に対応する電源電圧として、それぞれVDD2、VDD1、VDD0を用意する。例えば、VDD2=1.8V、VDD1=0.9V、VDD0=0Vである。図1において、10はサインデジット数による入力信号IN1として、*、*B、INV*21、INV*B21、INV*10、INV*B10を入力し、IN2としても、IN3としても、・・・、INNとしても、同様な信号を入力してこれらを演算するPMOSトランジスタからなる第1の論理ブロック、20も同様のNMOSトランジスタからなる第2の論理ブロックである。これら第1、第2の論理ブロック10、20の出力側は共通の出力端子OUTに接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a CMOS logic circuit according to the first embodiment. In this embodiment, VDD2, VDD1, and VDD0 are prepared as power supply voltages corresponding to ternary sign digit numbers “+1”, “0”, and “−1”, respectively. For example, VDD2 = 1.8V, VDD1 = 0.9V, VDD0 = 0V. In FIG. 1, 10 is an input signal IN1 based on the number of sign digits . , INN are also a first logic block composed of PMOS transistors for inputting similar signals and calculating them, and 20 is a second logic block composed of similar NMOS transistors. The output sides of the first and
前記した信号*は3値のサインデジット数「+1」、「0」、「−1」のいずれかの信号であり、信号*Bは、信号*の反転信号であり、信号INV*21はVDD2とVDD1を電源電圧として動作する第1のCMOSインバータに信号*を入力させて得る信号であり、信号INV*B21はVDD2とVDD1を電源電圧として動作する第2のCMOSインバータに反転信号*Bを入力させて得る信号であり、信号INV*10はVDD1とVDD0を電源電圧として動作する第3のCMOSインバータに信号*を入力させて得る信号であり、信号INV*B10はVDD1とVDD0を電源電圧として動作する第4のCMOSインバータに反転信号*Bを入力させて得る信号である。 The signal * described above is a ternary sign digit number “+1”, “0”, or “−1”, the signal * B is an inverted signal of the signal *, and the signal INV * 21 is VDD2. The signal INV * B21 is a signal obtained by inputting the signal * to the first CMOS inverter that operates with the power supply voltage of VDD1 and VDD1, and the signal INV * B21 receives the inverted signal * B for the second CMOS inverter that operates with the power supply voltage of VDD2 and VDD1. The signal INV * 10 is a signal obtained by inputting the signal * to the third CMOS inverter that operates using VDD1 and VDD0 as power supply voltages. The signal INV * B10 is obtained by using VDD1 and VDD0 as power supply voltages. This is a signal obtained by inputting the inverted signal * B to the fourth CMOS inverter operating as.
図1において、INVPS2、INVPS1はVDD2とVDD1又はVDD0を電源電圧として動作するプリチャージ用CMOSインバータであり、「+1」又は「−1」に制御される第1のプリチャージ制御端子CKの信号を反転転送する。INVNS0、INVNS1はVDD2又はVDD1とVDD0を電源電圧として動作するプリチャージ用CMOSインバータであり、第1のプリチャージ制御端子CKと逆相関係に「−1」又は「+1」に制御される第2のプリチャージ制御端子CKBの信号を反転転送する。MPSW2は第1のプリチャージ用PMOSトランジスタ、MNSW0は第1のプリチャージ用NMOSトランジスタで、MPSW1は第2のプリチャージ用PMOSトランジスタ、MNSW1は第2のプリチャージ用NMOSトランジスタである。そして、トランジスタMPSW1とMNSW2はVDD1の電源端子と出力端子OUTとの間に、トランジスタMPSW2はVDD2の電源端子と第1の論理ブロック10との間に、トランジスタMNSW0はVDD0の電源端子と第2の論理ブロック20との間に、それぞれ接続されている。
In FIG. 1, INVPS2 and INVPS1 are precharge CMOS inverters that operate using VDD2 and VDD1 or VDD0 as power supply voltages. The signals of the first precharge control terminal CK controlled to "+1" or "-1" Reverse transfer. INVNS0 and INVNS1 are precharge CMOS inverters that operate using VDD2 or VDD1 and VDD0 as power supply voltages, and are controlled to be “−1” or “+1” in a reverse phase relationship with the first precharge control terminal CK. The signal of the precharge control terminal CKB is inverted and transferred. MPSW2 is a first precharging PMOS transistor, MNSW0 is a first precharging NMOS transistor, MPSW1 is a second precharging PMOS transistor, and MNSW1 is a second precharging NMOS transistor. The transistors MPSW1 and MNSW2 are connected between the power supply terminal of VDD1 and the output terminal OUT, the transistor MPSW2 is connected between the power supply terminal of VDD2 and the
いま、第1のプリチャージ制御信号CKが「−1」で、第2のプリチャージ制御信号CKBが「+1」の時、プリチャージ用トランジスタMPSW1、MNSW1が導通し、出力端子OUTを「0」(VDD1)にプリチャージする。その時、プリチャージ用トランジスタMPSW2、MNSW0は非導通となっており、第1の論理ブロック10および第2の論理ブロック20には、VDD2あるいはVDD0の電源電圧は印加されない。
When the first precharge control signal CK is “−1” and the second precharge control signal CKB is “+1”, the precharge transistors MPSW1 and MNSW1 are turned on and the output terminal OUT is set to “0”. Precharge to (VDD1). At this time, the precharging transistors MPSW2 and MNSW0 are non-conductive, and the power supply voltage VDD2 or VDD0 is not applied to the
出力端子OUTを「0」にプリチャージした後、第1のプリチャージ制御信号CKが「+1」に、第2のプリチャージ制御信号CKBが「−1」に変化し、プリチャージ用トランジスタMPSW1、MNSW1が非導通となり、プリチャージ用トランジスタMPSW2、MNSW0が導通して、第1の論理ブロック10および第2の論理ブロック20にはそれぞれVDD2あるいはVDD0の電源電圧が印加される。
After the output terminal OUT is precharged to “0”, the first precharge control signal CK changes to “+1”, the second precharge control signal CKB changes to “−1”, and the precharge transistors MPSW1, MNSW1 becomes non-conductive, precharge transistors MPSW2 and MNSW0 become conductive, and the power supply voltage of VDD2 or VDD0 is applied to the
次に、入力信号*、*B、INV*21、INV*B21、INV*10、INV*B10の入力によって、論理ブロック10に導通パスが形成され、論理ブロック20には導通パスが形成されないときは、出力端子OUTが「+1」(=VDD2)となる。
Next, when the input signal *, * B, INV * 21, INV * B21, INV * 10, INV * B10 is input, a conduction path is formed in the
また、入力信号*、*B、INV*21、INV*B21、INV*10、INV*B10の入力によって、論理ブロック20に導通パスが形成され、論理ブロック10に導通パスが形成されないときは、出力端子OUTが「−1」(=VDD0)となる。
In addition, when the input signal *, * B, INV * 21, INV * B21, INV * 10, INV * B10 is input, a conduction path is formed in the
さらに、入力信号*、*B、INV*21、INV*B21、INV*10、INV*B10の入力によって、論理ブロック10に導通パスが形成されず、論理ブロック20にも導通パスが形成されないときは、出力端子OUTにはプリチャージされた「0」(=VDD1)が保持される。
Furthermore, when the input signal *, * B, INV * 21, INV * B21, INV * 10, INV * B10 is input , no conduction path is formed in the
以上のように、本実施例のCMOS論理回路は、出力端子OUTを「0」にプリチャージした後に、入力信号*、*B、INV*21、INV*B21、INV*10、INV*B10として、「+1」、「0」、「−1」のサインデジット数の内の任意の信号を入力することにより、第1、第2の論理ブロック10、20の導通パス形成/導通パス非形成の組み合わせに応じて、「−1」、「0」、「+1」のいずれかのサインデジット数の信号が出力端子OUTから出力するダイナミック動作を行うので、高速、高精度な演算が可能となる。
As described above, in the CMOS logic circuit of this embodiment, after the output terminal OUT is precharged to “0”, the input signals *, * B, INV * 21, INV * B21, INV * 10, and INV * B10 are used. , “+1”, “0”, “−1” by inputting an arbitrary signal within the number of sign digits, the conduction path formation / non-conduction path formation of the first and
本実施例のCMOS論理回路は、各トランジスタが1つのしきい値をもつMOSトランジスタであるので、廉価な通常のプロセスで製造できる。しかも構成するMOSトランジスタ数が少なく、消費電力を少なくでき、LSIに多数搭載する場合にそのLSIのチップ面積、消費電力を増加させることがない。 Since the CMOS logic circuit of this embodiment is a MOS transistor in which each transistor has one threshold value, it can be manufactured by an inexpensive ordinary process. In addition, since the number of MOS transistors to be configured is small and power consumption can be reduced, when many LSI transistors are mounted, the chip area and power consumption of the LSI are not increased.
図2Aは実施例2の1ビット全加算器の構成を示すブロック図である。本実施例では3値のサインデジット数「+1」、「0」、「−1」のいずれかである2個の信号Ai、Biを入力信号とする。Ai、Biはiビット目の3値のサインデジット数の入力信号、Ci−1は1ビット前からの桁上げ入力信号、Ciはiビット目の桁上げ信号、SUMiはiビット目の加算信号である。S1は中間加算信号、C2は中間桁上げ信号、C1i−1は1ビット前からの中間桁上げ信号、C1i(C1)はiビット目の中間桁上げ信号である。 FIG. 2A is a block diagram illustrating a configuration of a 1-bit full adder according to the second embodiment. In this embodiment, two signals Ai and Bi, which are any of ternary sign digit numbers “+1”, “0”, and “−1”, are used as input signals. Ai and Bi are input signals of the ternary sign digit number of the i-th bit, Ci-1 is a carry input signal from the previous bit, Ci is a carry signal of the i-th bit, and SUMi is an addition signal of the i-th bit. It is. S1 is an intermediate addition signal, C2 is an intermediate carry signal, C1i-1 is an intermediate carry signal from the previous bit, and C1i (C1) is an i-th intermediate carry signal.
また、1は信号AiとBiを入力して信号S1を出力する第1の加算部(SUM1)、2は信号AiとBiを入力して信号C1i(C1)を出力する第1の桁上げ部(CA1)、3は信号S1と信号Ci−1を入力して信号SUMi(S2)を出力する第2の加算部(SUM2)、4は信号S1と信号C1i−1を入力して信号C2を出力する第2の桁上げ部(CA2)、5は信号C1i(C1)と信号C2を入力して信号Ciを出力する第3の加算部(SUM2)であり、それぞれは実施例1で説明したCMOS論理回路により構成される。
図2Bは図2Aの1ビット全加算器の真理値を示す図である。この図2Bから明らかなように、中間加算信号S1は、2つの信号Ai、Biの一方が「+1」で他方が「0」のとき「−1」、信号Ai、Biの一方が「−1」で他方が「0」のとき「+1」となり、それ以外のとき「0」となる。 FIG. 2B is a diagram showing a truth value of the 1-bit full adder of FIG. 2A. As is apparent from FIG. 2B, the intermediate addition signal S1 is “−1” when one of the two signals Ai and Bi is “+1” and the other is “0”, and one of the signals Ai and Bi is “−1”. ”And“ 0 ”when the other is“ 0 ”, and“ 0 ”otherwise.
桁上げ部信号C1は、信号Ai、Biがともに「+1」又は一方が「+1」で他方が「0」のとき「+1」、信号Ai、Biがともに「−1」又は一方が「−1」で他方が「0」のとき「−1」となり、それ以外のとき「0」となる。 The carry part signal C1 is “+1” when both the signals Ai and Bi are “+1” or one is “+1” and the other is “0”, and both the signals Ai and Bi are “−1” or one is “−1”. ”And“ 0 ”when the other is“ 0 ”, and“ 0 ”otherwise.
加算信号SUMiは、中間加算信号S1と下位ビットからの中間桁上げ信号Ci−1の一方が「+1」で他方が「0」のとき「+1」、中間加算信号S1と下位ビットからの中間桁上げ信号C1i−1の一方が「−1」で他方が「0」のとき「−1」となり、それ以外で「0」となる。 The addition signal SUMi is “+1” when one of the intermediate addition signal S1 and the intermediate carry signal Ci−1 from the lower bit is “+1” and the other is “0”, and the intermediate addition signal S1 and the intermediate digit from the lower bit When one of the raising signals C1i-1 is “−1” and the other is “0”, it is “−1”, and otherwise it is “0”.
桁上げ信号C2は、中間加算信号S1と下位からの中間桁上げ信号C1i−1がともに「+1」のとき「+1」、中間加算信号S1と下位からの中間加算信号C1i−1がともに「−1」のとき「−1」となり、それ以外で「0」となる。 The carry signal C2 is “+1” when both the intermediate addition signal S1 and the lower intermediate carry signal C1i-1 are “+1”, and both the intermediate addition signal S1 and the lower intermediate addition signal C1i-1 are “−”. “-1” when “1”, and “0” otherwise.
桁上げ信号Ciは、中間桁上げ信号C2と中間桁上げ信号C1i(C1)の一方が「+1」で他方が「0」のとき「+1」、中間桁上げ信号S1と中間桁上げ信号C1i(C1)の一方が「−1」で他方が「0」のとき「−1」となり、それ以外で「0」となる。 The carry signal Ci is “+1” when one of the intermediate carry signal C2 and the intermediate carry signal C1i (C1) is “+1” and the other is “0”, and the intermediate carry signal S1 and the intermediate carry signal C1i ( When one of C1) is “−1” and the other is “0”, it is “−1”, and otherwise “0”.
このように、第2、第3の加算部3、5は第1の加算部1と異なる動作を行う。また、第2の桁上げ部4は第1の桁上げ部2と異なる動作を行う。そして、図2Bの第2の桁上げ部4の桁上げ信号C2に着目すると、上位桁へ伝搬する桁上げ信号Ciは桁上げ信号C1iで決まり、下位ビットからの桁上げ信号Ci−1を伝搬させない。このため、図2Aのように構成される全加算器を多段に接続して構成した場合、上位桁への桁上げ信号の伝搬を抑え、演算速度の高速化を実現できる。
Thus, the second and third adders 3 and 5 perform different operations from the
図3Aは図2Aにおける第1の加算部(SUM1)1を図1の実施例1で説明したCMOS論理回路により構成した回路図である。3値のサインデジット数「+1」、「0」、「−1」に対応する電源電圧VDD2、VDD1、VDD0は、例えばVDD2=1.8V、VDD1=0.9V、VDD0=0Vである。なお、図2Aとの関連では、信号Ai=A、Bi=Bとして説明する。また、図1におけるものと同じものには同じ符号を付けた。 FIG. 3A is a circuit diagram in which the first addition unit (SUM1) 1 in FIG. 2A is configured by the CMOS logic circuit described in the first embodiment of FIG. The power supply voltages VDD2, VDD1, and VDD0 corresponding to the ternary sign digit numbers “+1”, “0”, and “−1” are, for example, VDD2 = 1.8V, VDD1 = 0.9V, and VDD0 = 0V. In relation to FIG. 2A, description will be made assuming that signals Ai = A and Bi = B. Also, the same components as those in FIG.
本実施例における第1の論理ブロック10は、プリチャージ用トランジスタMPSW2と中間加算信号S1の出力端子との間に接続されたトランジスタMP1〜MP3の直列回路と、トランジスタMP4〜MP6の直列回路とから構成されている。また、第2の論理ブロック20は、プリチャージ用トランジスタMNSW0と中間加算信号S1の出力端子との間に接続されたトランジスタMN1〜MN3の直列回路と、トランジスタMN4〜MN6の直列回路とから構成されている。
The
それぞれのトランジスタのゲートに印加される信号として、Aは前記した信号、ABは信号Aの反転信号、Bは前記した信号、BBは信号Bの反転信号である。また、INVAB21は、VDD2とVDD1を電源電圧とする図7(a)に示す構成のトランジスタMP101とMN101からなるCMOSインバータにより、信号ABを反転した信号である。INVBB21も同様に信号BBを反転した信号である。また、INVAB10は、VDD1とVDD0を電源電圧とする図7(b)に示す構成のトランジスタMP102とMN102からなるCMOSインバータにより、信号ABを反転した信号である。1NVBBlOも同様に信号BBを反転した信号である。 As signals applied to the gates of the respective transistors, A is the above-described signal, AB is the inverted signal of the signal A, B is the above-described signal, and BB is the inverted signal of the signal B. Further, INVAB21 is a signal obtained by inverting the signal AB by a CMOS inverter composed of the transistors MP101 and MN101 having the configuration shown in FIG. 7A using VDD2 and VDD1 as power supply voltages. Similarly, INVBB21 is a signal obtained by inverting the signal BB. Further, INVAB10 is a signal obtained by inverting the signal AB by a CMOS inverter composed of the transistors MP102 and MN102 having the configuration shown in FIG. 7B using VDD1 and VDD0 as power supply voltages. Similarly, 1NVBBIO is a signal obtained by inverting the signal BB.
図3Bは図3Aの第1の加算部(SUM1)1の動作の真理値を示す説明図である。入力信号Aが「−1」でBが「0」のときは、PMOSトランジスタMP1〜MP3がいずれも導通し中間加算信号S1は「+1」になる。また、入力信号Aが「0」でBが「−1」のときも、PMOSトランジスタMP4〜MP6がいずれも導通し中間加算信号S1は「+1」になる。 FIG. 3B is an explanatory diagram showing the truth value of the operation of the first addition unit (SUM1) 1 in FIG. 3A. When the input signal A is “−1” and B is “0”, the PMOS transistors MP1 to MP3 are all turned on and the intermediate addition signal S1 becomes “+1”. When the input signal A is “0” and B is “−1”, the PMOS transistors MP4 to MP6 are all turned on and the intermediate addition signal S1 becomes “+1”.
入力信号Aが「+1」でBが「0」のときは、NMOSトランジスタMN1〜MN3がいずれも導通し中間加算信号S1は「−1」になる。また、入力信号Aが「0」でBが「+1」のときも、NMOSトランジスタMN4〜MN6がいずれも導通し中間加算信号S1は「−1」になる。 When the input signal A is “+1” and B is “0”, the NMOS transistors MN1 to MN3 are all turned on and the intermediate addition signal S1 becomes “−1”. When the input signal A is “0” and B is “+1”, the NMOS transistors MN4 to MN6 are all turned on and the intermediate addition signal S1 becomes “−1”.
入力信号AとBの組み合わせがその他の場合は、トランジスタMP1〜MP6、MN1〜MN6が全部非導通となり、あらかじめ中間加算信号S1の出力端子にプリチャージされた信号レベル「0」(VDD1)が保持される。 When the combination of the input signals A and B is other than that, the transistors MP1 to MP6 and MN1 to MN6 are all turned off, and the signal level “0” (VDD1) precharged in advance to the output terminal of the intermediate addition signal S1 is held. Is done.
図4Aは図2Aにおける第1の桁上げ部(CA1)2を図1の実施例1で説明したCMOS論理回路により構成した回路図である。なお、図2Aとの関連では、信号Ai=A、Bi=Bとして説明する。また、図1におけるものと同じものには同じ符号を付けた。 4A is a circuit diagram in which the first carry part (CA1) 2 in FIG. 2A is configured by the CMOS logic circuit described in the first embodiment of FIG. In relation to FIG. 2A, description will be made assuming that signals Ai = A and Bi = B. Also, the same components as those in FIG.
本実施例における第1の論理ブロック10は、プリチャージ用トランジスタMPSW2と中間桁上げ信号C1の出力端子との間に接続されたトランジスタMP7〜MP8の直列回路と、トランジスタMP9〜MP11の直列回路と、トランジスタMP12〜MP14の直列回路とから構成されている。また、第2の論理ブロック20は、プリチャージ用トランジスタMNSW0と中間桁上げ信号C1の出力端子との間に接続されたトランジスタMN7〜MN8の直列回路と、トランジスタMN9〜MN11の直列回路と、トランジスタMN12〜MN14の直列回路とから構成されている。
The
それぞれのトランジスタのゲートに印加される信号として、A、AB、B、BBは前記した信号である。また、INVA21は、VDD2とVDD1を電源電圧とする図7(c)に示す構成のトランジスタMP103とMN103からなるCMOSインバータにより、信号Aを反転した信号である。INVB21も同様に信号Bを反転した信号である。また、INVA10は、VDD1とVDD0を電圧電圧とする図7(d)に示す構成のトランジスタMP104とMN104からなるCMOSインバータにより、信号Aを反転した信号である。INVB10も同様に信号Bを反転した信号である。 As signals applied to the gates of the respective transistors, A, AB, B, and BB are the signals described above. Further, INVA21 is a signal obtained by inverting signal A by a CMOS inverter composed of transistors MP103 and MN103 having the configuration shown in FIG. 7C using VDD2 and VDD1 as power supply voltages. Similarly, INVB21 is a signal obtained by inverting the signal B. Further, INVA10 is a signal obtained by inverting the signal A by a CMOS inverter composed of the transistors MP104 and MN104 having the configuration shown in FIG. 7D using VDD1 and VDD0 as voltage voltages. Similarly, INVB10 is a signal obtained by inverting the signal B.
図4Bは図4Aの第1の桁上げ部(CA1)2の動作の真理値を示す説明図である。信号AとBが「+1」のときは、トランジスタMP7、MP8がいずれも導通し中間桁上げ信号C1は「+1」になる。また、信号Aが「+1」でBが「0」のときも、トランジスタMP9〜MP11がいずれも導通し桁上げ信号C1は「+1」になる。また、信号Aが「0」でBが「+1」のときも、トランジスタMP12〜MP14がいずれも導通し中間桁上げ信号C1は「+1」になる。 FIG. 4B is an explanatory diagram showing the truth value of the operation of the first carry section (CA1) 2 of FIG. 4A. When the signals A and B are “+1”, the transistors MP7 and MP8 are both turned on, and the intermediate carry signal C1 becomes “+1”. When the signal A is “+1” and B is “0”, the transistors MP9 to MP11 are all turned on and the carry signal C1 becomes “+1”. Also, when the signal A is “0” and B is “+1”, the transistors MP12 to MP14 are all turned on and the intermediate carry signal C1 becomes “+1”.
信号Aが「−1」でBが「−1」のときは、トランジスタMN7、MN8がいずれも導通し中間桁上げ信号C1は「−1」になる。また、信号Aが「−1」でBが「0」のときも、トランジスタMN9〜MN11がいずれも導通し中間桁上げ信号C1は「−1」になる。また、信号Aが「0」でBが「−1」のときも、トランジスタMN12〜MN14がいずれも導通し中間桁上げ信号C1は「−1」になる。 When the signal A is “−1” and B is “−1”, the transistors MN7 and MN8 are both turned on and the intermediate carry signal C1 becomes “−1”. When the signal A is “−1” and B is “0”, the transistors MN9 to MN11 are all turned on and the intermediate carry signal C1 becomes “−1”. When the signal A is “0” and B is “−1”, the transistors MN12 to MN14 are all turned on, and the intermediate carry signal C1 becomes “−1”.
信号AとBの組み合わせがその他の場合は、トランジスタMP7〜MP14、MN7〜MN14が全部非導通になる。このため、あらかじめ中間桁上げ信号C1の出力端子にプリチャージされた信号レベル「0」(VDDl)が保持される。 In other combinations of signals A and B, the transistors MP7 to MP14 and MN7 to MN14 are all turned off. Therefore, the signal level “0” (VDD1) precharged in advance at the output terminal of the intermediate carry signal C1 is held.
図5Aは図2Aにおける第2の加算部(SUM2)3を図1の実施例1で説明したCMOS論理回路により構成した回路図である。なお、図2Aとの関連では、信号S1=A、Ci−1=Bとして説明する。また、図1におけるものと同じものには同じ符号を付けた。なお、第3の加算部(SUM2)4もこれと同様の構成である。 FIG. 5A is a circuit diagram in which the second addition unit (SUM2) 3 in FIG. 2A is configured by the CMOS logic circuit described in the first embodiment of FIG. In relation to FIG. 2A, description will be made assuming that signals S1 = A and Ci-1 = B. Also, the same components as those in FIG. The third addition unit (SUM2) 4 has the same configuration.
本実施例における第1の論理ブロック10は、プリチャージ用トランジスタMPSW2と加算信号S2の出力端子との間に接続されたトランジスタMP15〜MP17の直列回路と、トランジスタMP18〜MP20の直列回路とから構成されている。また、第2の論理ブロック20は、プリチャージ用トランジスタMNSW0と加算信号S2の出力端子との間に接続されたトランジスタMN15〜MN17の直列回路と、トランジスタMN18〜MN20の直列回路とから構成されている。
The
図5Bは図5Aの第2の加算部(SUM2)3の動作の真理値を示す説明図である。信号Aが「+1」でBが「0」のときは、PMOSトランジスタMP15〜MP17がいずれも導通し、加算信号S2は「+1」になる。また、信号Aが「0」でBが「+1」のときも、PMOSトランジスタMP18〜MP20がいずれも導通し、加算信号S2は「+1」になる。 FIG. 5B is an explanatory diagram showing the truth value of the operation of the second addition unit (SUM2) 3 in FIG. 5A. When the signal A is “+1” and B is “0”, the PMOS transistors MP15 to MP17 are all turned on, and the addition signal S2 becomes “+1”. Also when the signal A is “0” and B is “+1”, the PMOS transistors MP18 to MP20 are all turned on, and the addition signal S2 becomes “+1”.
信号Aが「−1」でBが「0」のときは、NMOSトランジスタMN15〜MN17がいずれも導通し、加算信号S2は「−1」になる。また、入力信号Aが「0」でBが「−1」のときも、NMOSトランジスタMN18〜MN20がいずれも導通し、加算信号S2は「−1」になる。 When the signal A is “−1” and B is “0”, the NMOS transistors MN15 to MN17 are all turned on, and the addition signal S2 becomes “−1”. Also, when the input signal A is “0” and B is “−1”, the NMOS transistors MN18 to MN20 are all turned on, and the addition signal S2 becomes “−1”.
信号AとBの組み合わせがその他の場合は、トランジスタMP15〜MP20、MN15〜MN20が全部非導通になる。このため、あらかじめ加算信号S2の出力端子にプリチャージされた信号レベル「0」(VDD1)が保持される。 In other combinations of signals A and B, the transistors MP15 to MP20 and MN15 to MN20 are all turned off. Therefore, the signal level “0” (VDD1) precharged in advance at the output terminal of the addition signal S2 is held.
図6Aは図2Aにおける第2の桁上げ部(CA2)4を図1の実施例1で説明したCMOS論理回路により構成した回路図である。なお、図2Aとの関連では、信号S1=A、C1i−1=Bとして説明する。また、図1におけるものと同じものには同じ符号を付けた。 6A is a circuit diagram in which the second carry part (CA2) 4 in FIG. 2A is configured by the CMOS logic circuit described in the first embodiment of FIG. In relation to FIG. 2A, description will be made assuming that signals S1 = A and C1i-1 = B. Also, the same components as those in FIG.
本実施例における第1の論理ブロック10は、プリチャージ用トランジスタMPSW2と桁上げ信号C2の出力端子との間に接続されたトランジスタMP21〜MP22の直列回路から構成されている。また、第2の論理ブロック20は、プリチャージ用トランジスタMNSW0と桁上げ信号C2の出力端子との間に接続されたトランジスタMN21〜MN22の直列回路から構成されている。
The
それぞれのトランジスタのゲートに印加される信号として、INVA21、INVB21、INVA10、INVB10は前記したものと同じである。 As signals applied to the gates of the respective transistors, INVA21, INVB21, INVA10, and INVB10 are the same as described above.
図6Bは図6Aの第2の桁上げ部(CA2)4の動作の真理値を示す説明図である。信号AとBが「+1」のときは、トランジスタMP21〜MP22がいずれも導通し、桁上げ信号C2は「+1」になる。また、信号AとBが「−1」のときは、トランジスタMN21〜MN22がいずれも導通し、桁上げ信号C2は「−1」になる。 FIG. 6B is an explanatory diagram showing the truth value of the operation of the second carry section (CA2) 4 of FIG. 6A. When the signals A and B are “+1”, the transistors MP21 to MP22 are all turned on, and the carry signal C2 becomes “+1”. When the signals A and B are “−1”, the transistors MN21 to MN22 are all turned on, and the carry signal C2 becomes “−1”.
信号AとBの組み合わせがそれ以外のときは、トランジスタMP21、MP22、MN21、MN22が全部非導通になる。このためあらかじめ加算信号C2の出力端子にプリチャージされた信号レベル「0」(VDD1)が保持される。 When the combination of signals A and B is other than that, the transistors MP21, MP22, MN21, and MN22 are all turned off. Therefore, the signal level “0” (VDD1) precharged in advance at the output terminal of the addition signal C2 is held.
10:第1の論理ブロック
20:第2の論理ブロック
1:第1の加算部(SUM1)
2:第1の桁上げ部(CA1)
3:第2の加算部(SUM2)
4:第2の桁上げ部(CA2)
5:第3の加算部(SUM2)
10: 1st logic block 20: 2nd logic block 1: 1st addition part (SUM1)
2: First carry part (CA1)
3: Second addition unit (SUM2)
4: Second carry part (CA2)
5: Third adder (SUM2)
Claims (2)
前記VDD2の電源端子と出力端子との間に接続された、第1のプリチャージ用PMOSトランジスタと複数の前記信号を入力して前記出力端子に演算結果を出力する複数のPMOSトランジスタからなる第1の論理ブロックとからなる直列回路と、
前記VDD0の電源端子と前記出力端子との間に接続された、第1のプリチャージ用NMOSトランジスタと複数の前記信号を入力して前記出力端子に演算結果を出力する複数のNMOSトランジスタからなる第2の論理ブロックとからなる直列回路と、
前記VDD1の電源端子と前記出力端子との間に並列接続された第2のプリチャージ用PMOSトランジスタおよび第2のプリチャージ用NMOSトランジスタとを具備し、
前記第1のプリチャージ用PMOSトランジスタと前記第1のプリチャージ用NMOSトランジスタはプリチャージ時に非導通、非プリチャージ時に導通するよう制御され、
前記第2のプリチャージ用PMOSトランジスタおよび前記第2のプリチャージ用NMOSトランジスタはプリチャージ時に導通、非プリチャージ時に非導通に制御される、
ことを特徴とするCMOS論理回路。 CMOS that inputs a plurality of signals selected from voltages VDD0, VDD1, and VDD2 (VDD0 <VDD1 <VDD2) corresponding to ternary sign digit numbers “−1”, “0”, and “+1”, and outputs them by performing a logical operation. A logic circuit,
A first precharging PMOS transistor connected between the power supply terminal and the output terminal of the VDD2 and a plurality of PMOS transistors for inputting a plurality of the signals and outputting a calculation result to the output terminal. A series circuit consisting of a logic block of
A first precharge NMOS transistor connected between the power supply terminal of VDD0 and the output terminal, and a plurality of NMOS transistors that input the plurality of signals and output the operation result to the output terminal. A series circuit composed of two logic blocks;
A second precharge PMOS transistor and a second precharge NMOS transistor connected in parallel between the power supply terminal of the VDD1 and the output terminal;
The first precharging PMOS transistor and the first precharging NMOS transistor are controlled to be non-conductive at the time of precharging and to be conductive at the time of non-precharging,
The second precharge PMOS transistor and the second precharge NMOS transistor are controlled to be conductive when precharged and nonconductive when not precharged.
A CMOS logic circuit characterized by that.
前記第1の論理ブロックに入力する前記複数の信号として、前記3値のサインデジット数「−1」、「0」、「+1」に対応する電圧VDD0、VDD1、VDD2のいずれかである信号*と、該信号*の反転信号*Bと、前記VDD2と前記VDD1を電源電圧として動作する第1のCMOSインバータに前記信号*を入力させて得る信号INV*21と、前記VDD2と前記VDD1を電源電圧として動作する第2のCMOSインバータに前記反転信号*Bを入力させて得る信号INV*B21とを用い、
前記第2の論理ブロックに入力する前記複数の信号として、前記信号*と、前記信号*の反転信号*Bと、前記VDD1と前記VDD0とを電源電圧として動作する第3のCMOSインバータに前記信号*を入力させて得る信号INV*10と、前記VDD1と前記VDD0とを電源電圧として動作する第4のCMOSインバータに前記反転信号*Bを入力させて得る信号INV*B10とを用いる、
ことを特徴とするCMOS論理回路。 The CMOS logic circuit of claim 1, wherein
The signal that is one of voltages VDD0, VDD1, and VDD2 corresponding to the ternary sign digit numbers “−1”, “0”, and “+1” as the plurality of signals that are input to the first logic block * An inverted signal * B of the signal *, a signal INV * 21 obtained by inputting the signal * to a first CMOS inverter that operates using the VDD2 and VDD1 as power supply voltages, and the VDD2 and VDD1 as power supplies. A signal INV * B21 obtained by inputting the inverted signal * B to the second CMOS inverter operating as a voltage,
As the plurality of signals to be input to the second logic block, the signal *, an inverted signal * B of the signal *, and a third CMOS inverter that operates using the VDD1 and the VDD0 as power supply voltages. A signal INV * 10 obtained by inputting * and a signal INV * B10 obtained by inputting the inverted signal * B to a fourth CMOS inverter that operates using the VDD1 and VDD0 as power supply voltages,
A CMOS logic circuit characterized by that.
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