JP5707964B2 - Latch circuit and data holding circuit - Google Patents
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Description
本発明は、ラッチ回路およびデータ保持回路に関する。 The present invention relates to a latch circuit and a data holding circuit.
クロックに同期して入力データを取り込んで保持するラッチ回路、フリップフロップあるいはデータ保持回路などと呼ばれる回路が広く使用されている。ここでは、説明を簡単にするために、入力データを保持する部分が1個のものをラッチ回路、入力データを保持する部分が2個以上のものをデータ保持回路と称する。 Circuits called latch circuits, flip-flops or data holding circuits that take in and hold input data in synchronization with a clock are widely used. Here, in order to simplify the description, one portion that holds input data is called a latch circuit, and two or more portions that hold input data are called data holding circuits.
近年、回路の特定箇所が永久的に破壊されるハードエラーのほかに、半導体チップ中でランダムに誤動作を発生するが、その後正常状態に再生可能な一過性のソフトエラーが注目されている。ソフトエラーは、二次宇宙線の中性子線やLSI材料からのアルファ線などの入射に起因して発生すると考えられている。 In recent years, in addition to a hard error in which a specific portion of a circuit is permanently destroyed, a transient soft error that can be reproduced in a normal state has been attracting attention, although a malfunction occurs randomly in a semiconductor chip. Soft errors are considered to occur due to the incidence of secondary cosmic rays such as neutrons and alpha rays from LSI materials.
ソフトエラーは、回路の各箇所で発生するが、ゲート回路でソフトエラーが発生しても、ゲート回路の入力が変化しなければゲート回路の出力は直ちに元の値に復帰するので影響は小さい。これに対して、ラッチ回路またはデータ保持回路の入力データがこれらの回路に取り込まれる(ラッチされる)時に、ソフトエラーにより入力データにエラーが発生すると、誤ったデータが取り込まれて保持されることになる。ラッチ回路またはデータ保持回路に保持されたデータは、正しいデータに復帰せず、後段の回路に出力されるので、エラーの影響が大きくなる。これは、ラッチ回路またはデータ保持回路にソフトエラーが発生し、保持しているデータが変化した場合も同様である。 A soft error occurs in each part of the circuit, but even if a soft error occurs in the gate circuit, if the input of the gate circuit does not change, the output of the gate circuit immediately returns to the original value, so the influence is small. On the other hand, when the input data of the latch circuit or data holding circuit is captured (latched) by these circuits, if an error occurs in the input data due to a soft error, incorrect data is captured and retained. become. Since the data held in the latch circuit or the data holding circuit is not restored to the correct data and is output to the subsequent circuit, the influence of the error is increased. This is the same when a soft error occurs in the latch circuit or the data holding circuit and the held data changes.
そのため、一般的には、ラッチ回路またはデータ保持回路の入力データおよびラッチ回路またはデータ保持回路に保持されたデータがソフトエラーにより変化しないようにする対策が行われる。 Therefore, generally, measures are taken to prevent the input data of the latch circuit or data holding circuit and the data held in the latch circuit or data holding circuit from being changed by a soft error.
図1は、マスタ・スレーブ型ラッチを有するデータ保持回路の動作を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the operation of a data holding circuit having a master / slave type latch.
図1の(A)に示すように、データ保持回路10は、マスタラッチ11と、スレーブラッチ12と、を有し、組合せ回路1からの入力データDinを取り込んで保持し、出力データDoutを出力する。マスタラッチ11は、CLKに同期して動作し、CLKが「低(L)」の時に入力データを取り込み、CLKがLから「高(H)」に変化する時のデータを、CLKがHの間保持してスレーブラッチ12に出力する。スレーブラッチ12は、CLKの逆相の逆相クロックXCLKに同期して動作し、XCLKがLの時にマスタラッチ11からのデータを取り込み、XCLKがLからHに変化する時のデータを、XCLKがHの間保持して出力Doutとして出力する。
As shown in FIG. 1A, the
図1の(B)に示すように、DinがLの状態で、CLKおよびXCLKが変化する場合を考える。マスタラッチ11は、CLKのLからHへの変化時にLであるDinを取り込み、CLKがHの間保持する。スレーブラッチ12は、XCLKのLからHへの変化時、すなわちCLKのHからLへの変化時に、Lであるマスタラッチ11の出力データを取り込み、XCLKがHの間、すなわちCLKがLの間保持する。CLKのLからHへの変化時以外の期間に、組合せ回路1でのソフトエラーにより入力データDinにエラーが発生しても、データ保持回路10に取り込まれる(ラッチされる)前に正しいデータに復帰する場合にはエラーが伝播することはない。しかし、図1の(B)で破線で示すように、CLKのLからHへの変化時に、入力データDinにエラーが発生した場合、誤った入力データがデータ保持回路10に取り込まれ(ラッチされ)、誤った出力データDoutが出力される。
Consider a case where CLK and XCLK change while Din is at L as shown in FIG. The
現在、ソフトエラーに対して様々な対策が考えられている。広く使用される対策の1つは、パリティチェックなどによりエラーが発生したことが検出して必要な処置を実行することであり、例えばエラー修正を行う。例えば、ECC(Error Correction Code)回路は、比較的簡単にエラー修正をすることが可能である。これにより、エラーが発生してもシステムは、影響されない。しかし、この対策は、データビット数を増加させる必要があり、回路規模が大幅に増加などの問題を発生する。 Currently, various countermeasures against soft errors are being considered. One of the measures widely used is to detect that an error has occurred by a parity check or the like and execute a necessary measure, for example, to correct the error. For example, an error correction code (ECC) circuit can correct errors relatively easily. Thereby, even if an error occurs, the system is not affected. However, this measure requires an increase in the number of data bits, which causes problems such as a significant increase in circuit scale.
他の対策は、ソフトエラーは発生する範囲が限定され、組合せ回路で発生したエラーは短時間で正常な状態に復帰することに着目した方法である。 Another countermeasure is a method that focuses on the fact that a soft error occurs in a limited range, and an error generated in the combinational circuit returns to a normal state in a short time.
しかし、提案されている対策は、遅延要素を使用するため、応答速度が遅くなることや、遅延要素を実現する回路が大きいため回路サイズが大きくなることなどの問題があった。 However, the proposed countermeasures have problems such as a slow response time due to the use of a delay element, and a large circuit that realizes the delay element increases the circuit size.
実施形態によれば、応答速度の低下が比較的少なく、小さな回路サイズで実現できるラッチ回路およびデータ保持回路が実現される。 According to the embodiment, a latch circuit and a data holding circuit that can be realized with a relatively small reduction in response speed and a small circuit size are realized.
本発明の第1の観点によれば、クロックに応じて、入力データを取り込んで保持するラッチ回路であって、クロックに応じて、前記入力データを通過させるトランスファーゲートと、4個以上の偶数個のインバータを直列にループを形成するように接続し、初段の入力および最終段の出力がトランスファーゲートの出力に接続されたループ状インバータ列と、を有し、ループ状インバータ列の4個以上のインバータの駆動力は、前段より後段になるほど大きいラッチ回路が提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a latch circuit that captures and holds input data according to a clock, and includes a transfer gate that allows the input data to pass according to the clock, and an even number of four or more. A series of inverters connected in series to form a loop, and a loop-shaped inverter array in which the first-stage input and the final-stage output are connected to the output of the transfer gate, and four or more of the loop-shaped inverter arrays A latch circuit is provided in which the driving force of the inverter is greater as it is further downstream than the previous stage.
本発明の第2の観点によれば、入力データを取り込んで保持する第1ラッチパスと、入力データを取り込んで保持する第2ラッチパスと、第1ラッチパスの出力と第2ラッチパスの出力を受け、第1ラッチパスの出力および第2ラッチパスの出力の両方が変化した時のみ出力が変化する出力部とを、備え、第1ラッチパスおよび第2ラッチパスは、それぞれマスタラッチと、スレーブラッチと、を備え、第1ラッチパスおよび第2ラッチパスのマスタラッチは、本発明の第1の観点のラッチ回路を有するデータ保持回路が提供される。 According to a second aspect of the present invention, a first latch path that captures and holds input data, a second latch path that captures and holds input data, an output of the first latch path, and an output of the second latch path, An output unit that changes output only when both the output of the first latch path and the output of the second latch path change. The first latch path and the second latch path each include a master latch and a slave latch, respectively. As the master latch of the latch path and the second latch path, a data holding circuit having the latch circuit according to the first aspect of the present invention is provided.
本発明の第3の観点によれば、クロックに同期して入力データを取り込んで保持するマスタラッチと、クロックを反転した逆相クロックに同期してマスタラッチの出力するマスタデータを取り込んで保持するスレーブラッチと、を備えるマスタ・スレーブ型データ保持回路であって、マスタラッチは、本発明の第1の観点のラッチ回路を有するマスタ・スレーブ型データ保持回路が提供される。 According to the third aspect of the present invention, a master latch that captures and holds input data in synchronization with a clock, and a slave latch that captures and holds master data output from the master latch in synchronization with a reverse phase clock having the clock inverted. A master / slave type data holding circuit including the latch circuit according to the first aspect of the present invention is provided.
実施形態によれば、応答速度の低下が比較的少なく、小さな回路サイズで実現できるラッチ回路およびデータ保持回路が実現される。 According to the embodiment, a latch circuit and a data holding circuit that can be realized with a relatively small reduction in response speed and a small circuit size are realized.
実施形態を説明する前に、データ保持回路におけるソフトエラー対策の基本構成を説明する。 Before describing the embodiment, a basic configuration for soft error countermeasures in the data holding circuit will be described.
図2は、データ保持回路に入力する入力データにソフトエラーが発生した場合の対策例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a countermeasure example when a soft error occurs in input data input to the data holding circuit.
図2の(A)に示すように、入力データDinは、組合せ回路の出力部を形成するインバータ2から出力される。データ保持回路10の前段に、遅延要素(τ)13と、Cエレメント回路14と、を設ける。遅延要素(τ)13は、Dinを遅延時間Tdだけ遅延させる。Cエレメント回路14は、高電位電源(Vdd)と低電位電源(GND)の間に直列に接続し2個のPチャネルトランジスタと2個のNチャネルトランジスタを有する。4個のトランジスタのうちの外側のPチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタのゲートにはDinが、内側のPチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタのゲートには、遅延要素13の出力が供給される。ここでは、遅延要素13の出力をAで、DinをBで表す。内側のPチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタの接続ノードから出力Qが得られる。
As shown in FIG. 2A, the input data Din is output from the inverter 2 that forms the output section of the combinational circuit. A delay element (τ) 13 and a
図2の(C)に示すように、Cエレメント回路14の出力Qは、AとBの両方が“0”(L)の時に “1”(H)となり、AとBの両方が“1”の時に “0”となり、AとBが異なる値の時には、前の値を維持する。
As shown in FIG. 2C, the output Q of the
図2の(B)に示すように、組合せ回路からの入力データDinが“0”(L)の時に、ソフトエラーが発生し、一時的に“1”(H)に変化するパルスが発生した場合、AとBに時間差Tdで“1”(H)のパルスが発生する。パルス幅に比べて時間差Tdが大きい場合には、AとBの両方が“1”(H)になることはないので、Qは“1”(H)の状態を維持する。言い換えれば、データ保持回路10に、誤った入力データが入力されることはない。これは、力データDinが“1”(H)の時も同様である。
As shown in FIG. 2B, when the input data Din from the combinational circuit is “0” (L), a soft error occurs and a pulse that temporarily changes to “1” (H) is generated. In this case, a pulse of “1” (H) is generated between A and B with a time difference Td. When the time difference Td is larger than the pulse width, both A and B never become “1” (H), so that Q maintains the state of “1” (H). In other words, incorrect input data is not input to the
図3は、入力データにおけるソフトエラーおよび保持したデータにおけるソフトエラーが発生した場合に誤動作も防止する対策を行ったデータ保持回路例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a data holding circuit in which measures are taken to prevent malfunction when a soft error in input data and a soft error in held data occur.
図3の(A)に示すように、このデータ保持回路は、マスタ・スレーブ型であり、前段のマスタラッチおよび後段のスレーブラッチは、それぞれ2つのラッチパスを有する。マスタラッチは、入力部に入力データDinを反転するインバータIV1と、第1のラッチパスと、第2のラッチパスと、図2に示したCエレメント回路22と、キーパ回路23と、を有する。第1のラッチパスは、インバータIV1の出力を遅延する遅延要素(τ)21と、トランスファーゲートMTGAと、ループ状に接続された2個のインバータMIA1およびMIA2と、を有する。第2のラッチパスは、トランスファーゲートMTGBと、ループ状に接続された2個のインバータMIB1およびMIB2と、を有する。
As shown in FIG. 3A, this data holding circuit is of a master / slave type, and each of the preceding master latch and the succeeding slave latch has two latch paths. The master latch has an inverter IV1 that inverts input data Din, a first latch path, a second latch path, a
スレーブラッチは、第1のラッチパスと、第2のラッチパスと、Cエレメント回路24と、キーパ回路25と、を有する。第1のラッチパスは、トランスファーゲートSTGAと、ループ状に接続された2個のインバータSIA1およびSIA2と、を有する。第2のラッチパスは、トランスファーゲートSTGBと、ループ状に接続された2個のインバータSIB1およびSIB2と、を有する。
The slave latch includes a first latch path, a second latch path, a
図3の(B)は、キーパ回路23および25の回路構成を示す図である。キーパ回路23および25は、2個のインバータをループ状に接続した回路であり、接続されるノードの状態を安定に保持するように作用する。
FIG. 3B shows a circuit configuration of
マスタラッチの第1のラッチパスでは、インバータIV1の出力が、遅延要素21で遅延された後、トランスファーゲートMTGAに入力される。トランスファーゲートMTGAの出力は、インバータMIA1に入力される。インバータMIA1の出力は、インバータMIA2に入力されると共に、Cエレメント回路22に入力される。インバータMIA2の出力は、インバータMIA1に入力される。2個のインバータMIA1およびMIA2は、フリップフロップを形成する。トランスファーゲートMTGAは、クロックCLKに同期して状態が変化し、CLKがLの時に通過状態になり、CLKがHの時に遮断状態になる。また、インバータMIA2は、入力を反転する動作を行い、クロックCLKに同期して状態が変化し、CLKがLの時に出力が変化する状態に、CLKがHの時には出力が保持される状態になる。
In the first latch path of the master latch, the output of the inverter IV1 is delayed by the delay element 21 and then input to the transfer gate MTGA. The output of the transfer gate MTGA is input to the inverter MIA1. The output of the inverter MIA1 is input to the inverter MIA2 and also input to the
マスタラッチの第1のラッチパスでは、CLKがLの時に、遅延された反転入力データがトランスファーゲートMTGA通過してインバータMIA1に入力される。さらに、インバータMIA1の出力が、動作状態のインバータMIA2で反転されて、インバータMIA1に入力され、インバータMIA1とインバータMIA2が形成するフリップフロップに入力データが保持される。CLKがLからHに変化すると、トランスファーゲートMTGAは遮断状態になり、インバータMIA2は出力が変化しない状態になるので、第1のパスは、CLKがLからHに変化した時の状態を維持することになる。言い換えれば、第1のラッチパスは、CLKのLからHへの変化に同期して遅延した入力データDinを取り込み、取り込んだデータを保持する。 In the first latch path of the master latch, when CLK is L, the delayed inverted input data passes through the transfer gate MTGA and is input to the inverter MIA1. Further, the output of the inverter MIA1 is inverted by the inverter MIA2 in the operating state and input to the inverter MIA1, and the input data is held in the flip-flop formed by the inverter MIA1 and the inverter MIA2. When CLK changes from L to H, the transfer gate MTGA enters a cut-off state, and the output of the inverter MIA2 does not change. Therefore, the first path maintains the state when CLK changes from L to H. It will be. In other words, the first latch path takes in the input data Din delayed in synchronization with the change of CLK from L to H, and holds the fetched data.
マスタラッチの第2のラッチパスは、インバータIV1の出力が、遅延されずに入力される以外は、第1のラッチパスと同様の動作を行う。 The second latch path of the master latch performs the same operation as the first latch path except that the output of the inverter IV1 is input without being delayed.
入力データDinにソフトエラーが発生しない場合には、マスタラッチの第1のラッチパスと第2のラッチパスには同じ正常な入力データが取り込まれて保持される。第1のラッチパスと第2のラッチパスが取り込む入力データには時間遅延があるため、入力データDinにソフトエラーが発生してパルス状の誤ったデータになった場合でも、誤ったデータが同時に第1のラッチパスと第2のラッチパスに取り込まれることはない。具体的には、入力データDinにおける誤ったデータのパルス幅が遅延要素21の遅延時間より短ければ、マスタラッチの第1のラッチパスと第2のラッチパスの両方に、同じ誤ったデータが取り込まれて保持されることはない。前述のように、Cエレメント回路22は、2つの入力が同じ場合のみ出力が変化し、2つの入力が異なる場合には直前の出力を維持する。マスタラッチの第1のラッチパスと第2のラッチパスに保持されたデータの両方が誤ったデータにはならないので、入力データDinにソフトエラーが発生した場合でも、Cエレメント回路22の出力は誤ったデータにならない。
When no soft error occurs in the input data Din, the same normal input data is captured and held in the first latch path and the second latch path of the master latch. Since there is a time delay in the input data captured by the first latch path and the second latch path, even if a soft error occurs in the input data Din and the pulsed erroneous data is generated, The latch path and the second latch path are not taken in. Specifically, if the pulse width of erroneous data in the input data Din is shorter than the delay time of the delay element 21, the same erroneous data is captured and held in both the first latch path and the second latch path of the master latch. It will never be done. As described above, the output of the
さらに、マスタラッチの第1のラッチパスと第2のラッチパスの一方でソフトエラーが発生して、一方に保持されたデータが誤ったデータに変化した場合も、第1のラッチパスと第2のラッチパスに保持されたデータが異なる状態になる。そのため、Cエレメント回路22の出力は変化せず、誤ったデータにならない。
Further, even if a soft error occurs in one of the first latch path and the second latch path of the master latch and the data held in one of them is changed to incorrect data, the data is held in the first latch path and the second latch path. Data is different. Therefore, the output of the
スレーブラッチの第1および第2のラッチパスは、Cエレメント回路22の出力が入力され、XCLKに同期して動作する以外は、マスタラッチの第2のラッチパスと同様の動作を行う。
The first and second latch paths of the slave latch perform the same operation as the second latch path of the master latch except that the output of the
上記のように、マスタラッチのCエレメント回路22がソフトエラーによる誤ったデータを出力することはないので、マスタラッチの第1のラッチパスのように、遅延要素21を設ける必要はない。さらに、スレーブラッチの第1のラッチパスと第2のラッチパスの一方でソフトエラーが発生して、一方に保持されたデータが誤ったデータに変化した場合も、第1のラッチパスと第2のラッチパスに保持されたデータが異なる状態になる。そのため、Cエレメント回路22の出力は変化せず、誤ったデータにならない。
As described above, since the
以上のように、図3のデータ保持回路は、ソフトエラーにより入力データが一時的に(パルス状に)誤ったデータになっても、またデータ保持回路が保持しているデータにソフトエラーが発生しても、誤ったデータを出力することはない。 As described above, the data holding circuit of FIG. 3 generates a soft error in the data held by the data holding circuit even if the input data becomes temporarily erroneous (in the form of a pulse) due to a soft error. However, it does not output incorrect data.
図2および図3に示したデータ保持回路は、いずれも遅延要素を使用する。遅延要素は、例えば、容量素子、抵抗およびインバータなどにより実現されるが、一般に回路サイズが大きくなるという問題があった。また、遅延要素を使用するため、出力が得られるまでの応答時間が長くなり、高速のデータ保持回路の実現が難しいという問題があった。 Both the data holding circuits shown in FIGS. 2 and 3 use delay elements. The delay element is realized by, for example, a capacitive element, a resistor, and an inverter. However, there is a problem that the circuit size is generally increased. In addition, since a delay element is used, there is a problem that a response time until an output is obtained becomes long and it is difficult to realize a high-speed data holding circuit.
以下に説明する実施形態のラッチ回路およびデータ保持回路は、比較的小さな回路サイズで実現でき、応答時間も比較的短く、高速動作が可能である。 The latch circuit and data holding circuit of the embodiments described below can be realized with a relatively small circuit size, have a relatively short response time, and can operate at high speed.
図4は、第1実施形態のラッチ回路の構成を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the latch circuit according to the first embodiment.
図4に示すように、第1実施形態のラッチ回路は、インバータIV10と、トランスファーゲートTGと、ループ状に接続された4個のインバータIV11−IV14と、インバータIV15と、を有する。インバータIV11−IV14の駆動力(ドライブ能力)は、前段より後段になるほど大きくなる。言い換えれば、インバータIV11の駆動力<インバータIV12の駆動力<インバータIV13の駆動力<インバータIV14の駆動力の関係を有する。駆動力は、トランジスタのゲート幅などにより異ならせる。 As shown in FIG. 4, the latch circuit according to the first embodiment includes an inverter IV10, a transfer gate TG, four inverters IV11-IV14 connected in a loop, and an inverter IV15. The driving force (drive capability) of the inverters IV11 to IV14 becomes larger as it becomes later than the previous stage. In other words, the driving force of the inverter IV11 <the driving force of the inverter IV12 <the driving force of the inverter IV13 <the driving force of the inverter IV14. The driving force varies depending on the gate width of the transistor.
インバータIV10は、入力データDinを反転してトランスファーゲートTGに出力する。トランスファーゲートTGの出力は、インバータIV11およびIV15に入力される。インバータIV15の出力は、出力データDoutである。なお、インバータIV15を設けずに、インバータIV11の出力を出力データDoutとすることも可能である。 The inverter IV10 inverts the input data Din and outputs it to the transfer gate TG. The output of transfer gate TG is input to inverters IV11 and IV15. The output of the inverter IV15 is output data Dout. Note that the output of the inverter IV11 can be used as the output data Dout without providing the inverter IV15.
4個のインバータIV11−IV14は、ループ状に接続されるので、フリップフロップを形成する。トランスファーゲートTGは、クロックCLKに同期して状態が変化し、CLKがLの時に通過状態になり、CLKがHの時に遮断状態になる。また、インバータIV14は、入力を反転する動作を行い、クロックCLKに同期して状態が変化し、CLKがLの時に出力が変化する状態に、CLKがHの時には出力が保持される状態になる。 Since the four inverters IV11 to IV14 are connected in a loop, a flip-flop is formed. The state of the transfer gate TG changes in synchronization with the clock CLK, and is in a passing state when CLK is L and is in a blocking state when CLK is H. The inverter IV14 performs an operation of inverting the input, changes its state in synchronization with the clock CLK, changes to an output when the CLK is L, and holds an output when the CLK is H. .
第1実施形態のラッチ回路では、CLKがLの時に、反転された入力データがトランスファーゲートTG通過してインバータIV11およびインバータIV15に入力される。さらに、インバータIV11の出力が、インバータIV12、IV13および動作状態のインバータIV14の順に伝達され、インバータIV14の出力は、インバータIV11の入力にフィードバックされる。インバータIV14の出力がインバータIV11の入力にフィードバックされているため、トランスファーゲートTGを通過してインバータIV11に入力される信号が、4個のインバータが形成するフリップフロップの状態を変化させるにはある程度の時間を要する。特に、インバータIV11の入力には、トランスファーゲートTGを通過した反転した入力データだけでなく、駆動力の大きなインバータIV14の出力も印加されているため、ある程度の時間が必要である。このように、入力データDinは、ある程度の時間が経過すると、4個のインバータが形成するフリップフロップに保持される。 In the latch circuit of the first embodiment, when CLK is L, the inverted input data passes through the transfer gate TG and is input to the inverters IV11 and IV15. Further, the output of the inverter IV11 is transmitted in the order of the inverters IV12 and IV13 and the inverter IV14 in the operating state, and the output of the inverter IV14 is fed back to the input of the inverter IV11. Since the output of the inverter IV14 is fed back to the input of the inverter IV11, a signal that passes through the transfer gate TG and is input to the inverter IV11 has a certain level to change the state of the flip-flop formed by the four inverters. It takes time. In particular, since not only the inverted input data that has passed through the transfer gate TG but also the output of the inverter IV14 having a large driving force is applied to the input of the inverter IV11, a certain amount of time is required. Thus, the input data Din is held in the flip-flop formed by the four inverters after a certain amount of time has elapsed.
CLKがLからHに変化すると、トランスファーゲートTGは遮断状態になり、インバータIV11およびインバータIV14の出力が変化しない状態になるので、フリップフロップは、CLKがLからHに変化した時の状態を維持することになる。 When CLK changes from L to H, the transfer gate TG enters a cut-off state, and the outputs of the inverters IV11 and IV14 do not change. Therefore, the flip-flop maintains the state when CLK changes from L to H. Will do.
上記のように、第1実施形態のラッチ回路は、入力データDinが変化した状態をある程度の時間以上継続しないと保持しているデータを変化させない。ソフトエラーにより入力データDinが一時的に(パルス状に)誤ったデータになる場合、パルス幅は狭く、4個のインバータが形成するフリップフロップに保持されるデータを変化させることはできないので、ソフトエラーによる誤った入力データを保持することはない。このように、第1実施形態のラッチ回路は、入力データDinのソフトエラーによる影響を受けにくくなっている。 As described above, the latch circuit of the first embodiment does not change the held data unless the state in which the input data Din has changed continues for a certain period of time. If the input data Din becomes temporarily wrong (in the form of a pulse) due to a soft error, the pulse width is narrow and the data held in the flip-flop formed by the four inverters cannot be changed. It does not hold incorrect input data due to errors. As described above, the latch circuit according to the first embodiment is not easily affected by the soft error of the input data Din.
次に、ラッチ回路内で、具体的には4個のインバータIV11−IV14のいずれかでソフトエラーによるパルス状の変化が発生した場合を考える。前述のように、ソフトエラーによる誤ったデータのパルス幅は小さいので、4個のインバータが形成するフリップフロップの状態を変化させることはできない。例えば、駆動力の小さな前段のインバータ(例えばインバータIV11)でソフトエラーによるパルス状の変化が発生した場合、インバータIV12、IV13およびIV14の順に状態を変化させる必要があり、それにはある程度の時間が必要である。そのため、パルス幅は小さなソフトエラーによる誤ったデータでは、フリップフロップの状態を変化させることはできない。また、駆動力の大きな後段のインバータ(例えばインバータIV14)でソフトエラーによるパルス状の変化が発生した場合、インバータの出力が変化すれば、フリップフロップの状態を変化させることができる。しかし、インバータの駆動力が大きいということは、インバータの入力もその分大きい必要があり、そもそも駆動力の大きなインバータの状態を変化させることができない。このように、第1実施形態のラッチ回路は、保持しているデータのソフトエラーによる影響を受けにくくなっている。 Next, consider a case where a pulse-like change due to a soft error occurs in any of the four inverters IV11 to IV14 in the latch circuit. As described above, since the erroneous data pulse width due to the soft error is small, the state of the flip-flop formed by the four inverters cannot be changed. For example, when a pulse-like change occurs due to a soft error in a previous inverter having a small driving force (for example, the inverter IV11), it is necessary to change the state of the inverters IV12, IV13, and IV14 in order, which requires a certain amount of time. It is. Therefore, the flip-flop state cannot be changed with erroneous data due to a soft error with a small pulse width. Further, when a pulse-like change due to a soft error occurs in a subsequent inverter having a large driving force (for example, the inverter IV14), the state of the flip-flop can be changed if the output of the inverter changes. However, the fact that the driving force of the inverter is large requires that the input of the inverter is also correspondingly large, and the state of the inverter having a large driving force cannot be changed in the first place. As described above, the latch circuit according to the first embodiment is not easily affected by the soft error of the stored data.
以上説明したように、第1実施形態のラッチ回路は、ソフトエラーの影響を受けにくい。また、図2および図3の回路のように遅延要素を使用しないので、回路サイズを小さくできる。 As described above, the latch circuit of the first embodiment is not easily affected by the soft error. Further, since no delay element is used unlike the circuits of FIGS. 2 and 3, the circuit size can be reduced.
図4に示した第1実施形態のラッチ回路は、各種のデータ保持回路に応用することが可能である。 The latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 can be applied to various data holding circuits.
図5は、図4に示した第1実施形態のラッチ回路を、マスタ・スレーブ型データ保持回路に適用した第2実施形態のデータ保持回路を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a data holding circuit of the second embodiment in which the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 is applied to a master / slave type data holding circuit.
第2実施形態のデータ保持回路は、入力データDinを反転するインバータIV1と、第1マスタ・スレーブパスと、第2マスタ・スレーブパスと、Cエレメント回路31と、キーパ回路32と、インバータIV22と、を有する。 第1マスタ・スレーブパスと第2マスタ・スレーブパスは、同じ構成を有する。Cエレメント回路31は、図2に示した回路14と同じ構成を有し、第1マスタ・スレーブパスと第2マスタ・スレーブパスの出力を受け、両方が同じ時に対応した出力を行い、異なる時には前の出力を維持する。インバータIV22は、Cエレメント回路31の出力を反転して出力データDoutとして出力する。キーパ回路32は、図3の(B)の構成を有し、Cエレメント回路31の出力を安定に保持する。
The data holding circuit of the second embodiment includes an inverter IV1 that inverts input data Din, a first master / slave path, a second master / slave path, a
第1マスタ・スレーブパスは、マスタラッチと、スレーブラッチと、を有する。マスタラッチは、図4に示した第1実施形態のラッチ回路と略同一の回路であるが、フリップフロップを形成する初段のインバータMIVA1から出力を得ていることが異なる。スレーブラッチは、図3の(A)に示したスレーブラッチと略同一の回路であるが、トランスファーゲートの変わりにクロック同期式のインバータIGAが使用されていることが異なる。マスタラッチの動作および特徴は、図4に示した第1実施形態のラッチ回路と略同一であり、スレーブラッチの動作および特徴は、図3の(A)に示した例と略同一であるから、説明は省略する。 The first master / slave path includes a master latch and a slave latch. The master latch is substantially the same circuit as the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4, except that an output is obtained from the first-stage inverter MIVA1 forming a flip-flop. The slave latch is substantially the same circuit as the slave latch shown in FIG. 3A, except that a clock synchronous inverter IGA is used instead of the transfer gate. The operation and characteristics of the master latch are substantially the same as those of the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4, and the operation and characteristics of the slave latch are substantially the same as the example shown in FIG. Description is omitted.
第2実施形態のデータ保持回路では、第1および第2マスタ・スレーブパスのマスタラッチは、第1実施形態のラッチ回路と同様に、入力データDinのソフトエラーによる影響を受けにくく、保持しているデータのソフトエラーによる影響を受けにくい。第1および第2マスタ・スレーブパスのスレーブラッチは、保持しているデータがソフトエラーにより変化する場合が起こり得るが、Cエレメント回路31が設けられているため、ソフトエラーに起因する誤ったデータを出力することはない。
In the data holding circuit of the second embodiment, the master latches of the first and second master / slave paths are not easily affected by the soft error of the input data Din and are held similarly to the latch circuit of the first embodiment. Less susceptible to data soft errors. In the slave latches of the first and second master / slave paths, the stored data may change due to a soft error. However, since the
図6は、図3の(A)の遅延要素を使用したデータ保持回路と図5の第2実施形態のデータ保持回路の、遅延時間、1GHz動作時の消費電力(パワー)および回路面積を、図3の(A)のデータ保持回路を1として比較したシミュレーション結果を示す。第2実施形態のデータ保持回路では、遅延時間およびパワーが7〜8%改善し、面積が18%改善した。 6 shows the delay time, power consumption (power) and circuit area of the data holding circuit using the delay element of FIG. 3A and the data holding circuit of the second embodiment of FIG. A simulation result comparing the data holding circuit of FIG. In the data holding circuit of the second embodiment, the delay time and power are improved by 7 to 8%, and the area is improved by 18%.
図7は、図4に示した第1実施形態のラッチ回路を、マスタ・スレーブ型のデータ保持回路に使用した他の回路例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing another circuit example in which the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 is used in a master / slave type data holding circuit.
図7の(A)は、一般的なマスタ・スレーブ型のデータ保持回路のマスタラッチに、図4に示した第1実施形態のラッチ回路を使用した例を示す。 FIG. 7A shows an example in which the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 is used as a master latch of a general master / slave type data holding circuit.
図7の(B)は、一般的なマスタ・スレーブ型のデータ保持回路のマスタラッチおよびスレーブラッチの両方に、図4に示した第1実施形態のラッチ回路を使用した例を示す。 FIG. 7B shows an example in which the latch circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 is used for both a master latch and a slave latch of a general master / slave type data holding circuit.
図7の(A)および(B)に示した回路の構成、動作および特徴は、これまでの説明から明らかであるので、詳しい説明は省略する。 Since the configuration, operation, and characteristics of the circuit shown in FIGS. 7A and 7B are clear from the above description, detailed description thereof is omitted.
以上、実施形態を説明したが、フリップフロップを形成するループ状に接続されたインバータの個数は、偶数であることが必要であるが、4個以上であればよい。 Although the embodiment has been described above, the number of inverters connected in a loop forming a flip-flop needs to be an even number, but may be four or more.
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。 Although the embodiment has been described above, all examples and conditions described herein are described for the purpose of helping understanding of the concept of the invention applied to the invention and the technology. It is not intended to limit the scope of the invention, and the construction of such examples in the specification does not indicate the advantages and disadvantages of the invention. Although embodiments of the invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
1 組合せ回路
10 データ保持回路
11 マスタラッチ
12 スレーブラッチ
31 Cエレメント回路
32 キーパ回路
Din 入力データ
TG トランスファーゲート
IV11−IV15 インバータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記クロックに応じて、前記入力データを通過させるトランスファーゲートと、
4個以上の偶数個のインバータを直列にループを形成するように接続し、初段の入力および最終段の出力が前記トランスファーゲートの出力に接続されたループ状インバータ列と、を備え、
前記ループ状インバータ列の4個以上のインバータの駆動力は、前段より後段になるほど大きいことを特徴とするラッチ回路。 A latch circuit that captures and holds input data according to a clock,
A transfer gate for passing the input data in response to the clock;
An even number of four or more inverters connected in series so as to form a loop, and a loop-like inverter array in which the input of the first stage and the output of the final stage are connected to the output of the transfer gate,
A latch circuit characterized in that the driving force of four or more inverters in the loop-shaped inverter array becomes larger as it goes to the subsequent stage.
前記入力データを取り込んで保持する第2ラッチパスと、
前記第1ラッチパスの出力と前記第2ラッチパスの出力を受け、前記第1ラッチパスの出力および前記第2ラッチパスの出力の両方が変化した時のみ出力が変化する出力部とを、備え、
前記第1ラッチパスおよび前記第2ラッチパスは、それぞれマスタラッチと、スレーブラッチと、を備え、
前記第1ラッチパスおよび前記第2ラッチパスの前記マスタラッチは、請求項1記載のラッチ回路を備えることを特徴とするデータ保持回路。 A first latch path for capturing and holding input data;
A second latch path for capturing and holding the input data;
An output unit that receives the output of the first latch path and the output of the second latch path, and the output changes only when both the output of the first latch path and the output of the second latch path change,
Each of the first latch path and the second latch path includes a master latch and a slave latch,
The data holding circuit according to claim 1, wherein the master latch of the first latch path and the second latch path includes the latch circuit according to claim 1.
高電位電源と低電位電源の間に直列に接続した4個のトランジスタを備え、
直列に接続された前記4個のトランジスタの両側の2個のトランジスタのゲートに、前記第1ラッチパスの出力と前記第2ラッチパスの出力の一方が、内側の2個のトランジスタのゲートに、前記第1ラッチパスの出力と前記第2ラッチパスの出力の他方が、供給される請求項2記載のデータ保持回路。 The output unit is
It has four transistors connected in series between a high potential power supply and a low potential power supply,
One of the output of the first latch path and the output of the second latch path is connected to the gates of the two inner transistors, and the gates of the two transistors on both sides of the four transistors connected in series. 3. The data holding circuit according to claim 2, wherein the other of the output of one latch path and the output of the second latch path is supplied.
前記クロックを反転した逆相クロックに同期して前記マスタラッチの出力するマスタデータを取り込んで保持するスレーブラッチと、を備えるマスタ・スレーブ型データ保持回路であって、
前記マスタラッチは、請求項1記載のラッチ回路を有することを特徴とするマスタ・スレーブ型データ保持回路。 A master latch that captures and holds input data in synchronization with the clock;
A master / slave type data holding circuit comprising: a slave latch that captures and holds master data output from the master latch in synchronization with a reverse phase clock obtained by inverting the clock;
2. A master / slave type data holding circuit comprising the latch circuit according to claim 1.
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