JP5878936B2 - シフトレジスタ及び択一型シフトレジスタ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば、択一型（einer-aus-vielen：多数のうちの１つ）シフトレジスタで使用することができるようなシフトレジスタを提供する。さらなる実施形態は、例えば、画像センサ又は一般にマルチプレクサで使用することができるような択一型シフトレジスタを提供する。

択一型選択回路では、Ｎ個の出力のうちのただ１つがデジタルレベル「１」をもつ。他のすべての出力はレベル「０」をもつ。その実現のために、「１」をシフトするシフトレジスタが使用される。

そのような従来のシフトレジスタ（ＳＲ）の構成を図４に示す。

すべてのＤ型フリップフロップ４０１ａから４０１ｎが同じクロック信号４０３（又は、少なくとも同じクロックレベルとクロックエッジ）を受信するようにフリップフロップ４０１ａから４０１ｎが互いに接続されている。１つのＤ型フリップフロップの出力は次のＤ型フリップフロップの入力に接続される。

図４に示されているＤ型フリップフロップは、ここで、図５に示すように構成することができる。

図５では、さらに、多くのスタンダードセルからなり、クロック反転及びクロック調整のための２つのインバータ５０１、５０３が導入されている。

Ｄ型フリップフロップ４０１ａの入力にあるインバータ５０１は入力信号５０５を復元する役割を担い、Ｄ型フリップフロップ４０１ａの出力にあるインバータ５０３は出力負荷を駆動する役割を担う。その間に、逆のクロック制御をもつ２つのラッチ５０７、５０９（ラッチメモリ部材）が配置されている。

第１のラッチ５０７は、第１のラッチ５０７の入力スイッチ５１１が閉じたとき（導電状態）、入力でデータを受け取る。図５では、第１のラッチ５０７はＣＫＤが「０」でＣＫＮが「１」のとき、すなわちＣＫ＝０（クロック信号４０３がローレベル）のとき、入力データを受け取る。その時、第１のラッチ５０７のフィードバックスイッチ５１３が開き（非導電状態）、第１のラッチ５０７のインバータ５１５、５１７が入力信号５０５に依存した状態となる。ＣＫ＝０の間、入力信号５０５がどのように変化しても、第１のラッチ５０７の２つのインバータ５１５、５１７のインバータ出力を変化させる。ラッチが透過状態であると言える。ＣＫ（クロック信号４０３）の立ち上がりエッジで、第１のラッチ５０７の入力スイッチ５１１が開き、第１のラッチ５０７のフィードバックスイッチ５１３が閉じる。これで、直前の入力値がフィードバックインバータ５１５、５１７に保持される。第１のラッチ５０７は、もはや透過状態ではない。

互いに逆のクロック信号を受けるラッチ５０７と５０９の直列接続のため、常に、一方のラッチは透過状態、他方のラッチはラッチ状態となる。ＣＫ＝０の間、第１のラッチ５０７における入力（入力における入力信号５０５の信号状態）は透過状態で受け取られる。その間、第２のラッチ５０９は古い出力値のままである。ＣＫが１に上がると、第１のラッチ５０７は直前の入力値を保持し、それを第２のラッチ５０９に送る。この時点で、第２のラッチ５０９は透過であるが、入力が変化しないために（第１のラッチ５０７が、非透過状態にあるために）、出力は変化しない。つまり、入力が出力に進められることとなる。このように、Ｄ型フリップフロップ４０１ａは、クロックエッジの立ち上がりで入力を出力に送る。クロックエッジと次のクロックエッジとの間は、入力信号５０５が変化しても出力は変化しない。

図４に示されているシフトレジスタにおいて、出力状態において、すべてのＤ型フリップフロップ４０１ａから４０１ｎは入力及び出力で「０」を有し、クロックレベルが「０」であると仮定する。シフトレジスタの入力に（第１のＤ型フリップフロップ４０１ａのデータ入力で）「１」が印加され、クロックに立ち上がりエッジが印加された場合、この「１」は第１のＤ型フリップフロップ４０１ａに引き継がれ、他のすべてのＤ型フリップフロップ４０１ｂから４０１ｎは、初期値「０」に従って入力を出力に送る。次いで、シフトレジスタの入力に「０」が印加されるとともに、次のクロック周期が始まると、入力での「０」は第１のＤ型フリップフロップ４０１ａに引き継がれ、第２のＤ型フリップフロップ４０１ｂは第１のＤ型フリップフロップ４０１ａの「１」を受け取り、他のすべてのＤ型フリップフロップは再び「０」を受け取る。（クロック信号４０２の）さらなる立ち上がりクロックエッジ毎に、１つのＤ型フリップフロップによって「１」がシフトされる。

この回路は、Ｎ個のうち１つを選択するために使用することができる。この目的のために、Ｎ個のＤ型フリップフロップが必要となる。

この機能を実現するために必要なトランジスタの数は、１つのＤ型フリップフロップが２４個のトランジスタを含むため、Ｎ×２４である。スイッチ及びインバータは、ここでは、それぞれ２つのトランジスタから構成されることが前提条件である。

動的なＤ型フリップフロップを使用する可能性がある。しかしながら、動的なＤ型フリップフロップには最小のクロック周波数からのみエラーなく動作するという欠点がある。したがって、シフトレジスタの各出力に対しＤ型フリップフロップが必要とされる。従来のＤ型フリップフロップ実施態様（例えば、図５に示したような）は、２４個のトランジスタを必要とするため、そのようなシフトレジスタに対し、多数のトランジスタが、したがって、シフトレジスタのために広い領域が必要とされる。

本発明の目的は、より省スペースのシフトレジスタを可能にする概念を提供することである。

この目的は請求項１に記載のシフトレジスタによって解決される。

本発明の実施形態は、第１のラッチ、第２のラッチ、第１の出力回路及び第２の出力回路をもつシフトレジスタを提供する。

第１のラッチは、透過動作状態ではその入力に印加された信号状態を受け取り、非透過動作状態では受け取った信号状態を維持するよう実現されている。第２のラッチは、透過動作状態ではその入力に印加された信号状態を受け取り、非透過動作状態では受け取った信号状態を維持するよう実現されている。

第１のラッチと第２のラッチは直列接続されている。したがって、第２のラッチでの入力レベルは、第１のラッチでの出力レベルに基づくことになる。

２つのラッチのクロック入力は、第１のラッチが非透過動作状態にあるとき第２のラッチが透過動作状態にあり、第２のラッチが非透過動作状態にあるとき第１のラッチが透過動作状態にあるように切り替えられる。例えば、２つのラッチのクロック入力は、互い逆に制御することができる。

第１の出力回路は、第１のラッチが透過動作状態にあるとき、シフトレジスタの第１のシフトレジスタ出力に第１のラッチ内に存在する信号状態とは独立した所定のレベルをもたらし、第１のラッチが非透過動作状態にあるとき、第１のラッチ内に保持された信号状態に応じたレベル（例えば、第１のラッチ内に保持された信号状態と同一レベル又はそれを反転させたレベル）をもたらすように実現されている。

第２の出力回路は、第２のラッチが透過動作状態にあるとき、シフトレジスタの第２のシフトレジスタ出力に第２のラッチ内に存在する信号状態とは独立した所定のレベルをもたらし、第２のラッチが非透過動作状態にあるとき、第２のラッチ内に保持された信号状態に応じたレベル（例えば、第２のラッチ内に保持された信号状態と同一レベル又はそれを反転させたレベル）をもたらすように実現されている。

Ｄ型フリップフロップで使用される典型的なラッチが、（入力値のシフトの意味において）２つの「連続する」又は隣接するシフトレジスタ出力を制御するように使用される場合、より省スペースのシフトレジスタ（例えば、より少数のトランジスタですむシフトレジスタ）を提供できるというのが本発明の中心の考えである。第１のラッチの非透過動作モードにおいてのみ第１のシフトレジスタ出力でのレベルが第１のラッチに保持された信号状態に依存し、第１のラッチの透過動作モードにおいては、所定のレベルが第１のシフトレジスタ出力に印加される場合、クロックエッジによりシフトレジスタの動作を制御することを達成できることが分かった。したがって、Ｄ型フリップフロップを用いると、入力が変化しても出力は変化しないという状態を達成することができる。このことは、第２のシフトレジスタ出力及び第２のラッチに対して同様に当てはまる。第１のラッチが非透過動作モードにあるとき第２のラッチが透過動作モードにあり、逆も同様であるように２つのラッチのクロック入力が配線されていることと、それに対応して出力回路が制御されることとにより、常に、シフトレジスタ出力の一方が（切替え時間又はスイッチング時間を除いて）その関連したラッチ内に保持された信号状態に依存するレベルをもち、シフトレジスタ出力の他方が固定された所定のレベルをもつことが達成される。

さらに、２つの（時計回りに対して互いに逆に制御される）直列接続されたラッチを使用することによって、出力又は出力される値を各クロックエッジで（すなわち、立ち下がりクロックエッジ及び立ち上がりクロックエッジで）、１つのシフトレジスタ出力から次のシフトレジスタ出力にシフトすることを達成できることが分かった。これは、図４に示されている従来のシフトレジスタでは１つおきのクロックエッジでのみシフトされるのとは異なる。

言い換えると、本発明のシフトレジスタでは、ラッチごとに少なくとも１つの出力があり、対応する出力回路が設けられている。したがって、入力値（例えば、少なくとも１つの「０」が前にあり、少なくとも１つの「０」が後にある１つの「１」）がクロック信号の１周期内に２つのシフトレジスタ出力に現れる。すなわち、例えば、そのクロック信号の第１の位相（例えば、そのクロック信号の「１」状態）で第１のシフトレジスタ出力に入力値が現れ、そのクロック信号の第２の位相（例えば、クロック信号の「０」状態）で第２のシフトレジスタ出力に入力値が現れる。

したがって、シフトレジスタを制御するクロック周波数は半分とすることができ、しかも（第１のラッチの入力で）シフトレジスタの入力に印加された「１」を図４に示されている従来のシフトレジスタと同じ速度でシフトすることを達成できる。

スイッチングの複雑さを明確に減らし、さらに、シフト速度を減少させることなくクロック周波数を半分にできるシフトレジスタを提供できることが本発明の幾つかのむ実施形態の利点である。

クロック周波数を低減できるため、同じ集積回路上の他の回路部品の干渉を減らすことができ、さらに、シフトレジスタの電流消費を従来のシフトレジスタと比較して減らすことができる。このシフトレジスタは論理値の配列によく適合し、分離された「１」値と「０」値が現れる。

このように、実施形態は、より省スペースで、より省電流のシフトレジスタを可能にする。

実施形態によれば、第１のラッチのクロック入力に第１のレベル（例えば、デジタル高レベル又は論理「１」）を印加するとき、第２のラッチのクロック入力に第１のレベルに相補的なレベル（例えば、デジタル低レベル又は論理「０」）を印加するように、２つのラッチのクロック入力を反転して切り替えることができる。したがって、例えば、第１のラッチのクロック入力でのレベルがシフトレジスタのクロック入力でのレベルに等しくなるように第１のラッチのクロック入力をシフトレジスタのクロック入力につなぎ、第２のラッチのクロック入力でのレベルがシフトレジスタのクロック入力でのレベルに対して反転したものとなるように第２のラッチのクロック入力をシフトレジスタのクロック入力につなぐことができる。２つのラッチは、例えば、クロック状態により制御されるラッチとすることができ、すなわち、それらは、それぞれのクロック入力に印加されるクロック信号のレベルに応じて、透過動作モード又は非透過動作モードのいずれかとなる。例えば、ラッチのクロック入力での高レベル又は「１」はラッチが非透過動作状態にあるということを導くことができ、低レベル又は「０」はラッチが透過動作状態にあるということを導くことができ、逆も同様である。したがって、２つのラッチは、ラッチの動作状態を制御するための同一の内部クロック制御を備えることができる。

本出願において、２つの端子の結合は直接結合であってもよく、１つ又はいくつかの接続部材を介した間接結合であってもよく、その結果、第２の回路ノード（又は第２の端子）での信号は第２の回路ノードに結合された第１の回路ノード（又は第１の端子）での信号に左右される。言い換えると、互いに結合された２つの端子の間に、他の部材、特に、受動部材を接続してもよく、又は、能動部材からなるスイッチング経路を接続してもよい。そのような受動部材としては抵抗器等を挙げることができ、能動部材としては、例えばスイッチ、トランジスタ又はインバータも挙げることができる。互いに結合された端子では、これらの端子の間に、ある部材が接続されていてもいなくてもよく、２つの結合された端子もまた、互いに直接接続（すなわち、低インピーダンス導電接続）することができる。

さらに、本出願によれば、第２の端子に印加された信号が第１の端子に印加された信号と同一であるならば、第１の端子は第２の端子に直接接続される。そこでは、寄生効果、導体抵抗によるわずかな損失、又は追加のバッファ要素による遅延は考慮されていない。２つの直接接続された端子は、したがって、通常は、間に追加の接続部材なしに、少しの導体又は配線を介して接続される。

しかしながら、さらなる実施形態によれば、同じクロック信号を第１のラッチと第２のラッチに印加することができる。その場合は、しかし、２つのラッチの内部クロック制御が異なる。その結果、例えば、第１のラッチのクロック入力での高レベルが第１のラッチが非透過動作状態にあるということを導き、一方、第２のラッチのクロック入力での高レベルが第２のラッチが透過動作状態にあるということを導く。次いで、第１のラッチのクロック入力での低レベルが第１のラッチが透過動作状態にあるということを導き、第２のラッチのクロック入力での低レベルが第２のラッチが非透過動作状態にあるということを導く。逆も同様である。

さらなる実施形態によれば、出力回路もまたクロック入力を備えることができ、第１の出力回路のクロック入力に第１のレベルが印加されたとき、第１のレベルに対し相補的であるレベルが第２の出力回路のクロック入力に印加されるように、出力回路のクロック入力は反転して切り替えることができる。

以下において、本発明の実施形態を、添付図面を参照してより詳細に説明する。

一実施形態によるシフトレジスタのブロック図である。 他の実施形態によるシフトレジスタの回路の模式図である。 図２Ａに示されているシフトレジスタのさまざまな信号ノードの状態の時間状態図である。 一実施形態による、択一型シフトレジスタのブロック図である。 従来のシフトレジスタのブロック図である。 Ｄ型フリップフロップの回路の模式図である。

本発明の実施形態を以下で詳細に記載する前に、同一の要素もしくは同一の機能をもつ要素には同じ参照番号を付し、それらの要素について繰返し記述することは省くことに留意されたい。したがって、同じ参照番号をもつ要素の記述は、互いに共通である。

図１は一実施形態によるシフトレジスタ１００のブロック図を示す。

シフトレジスタ１００は、データ入力１０３ａとクロック入力１０５ａとをもつ第１のラッチ１０１ａを備えている。さらに、シフトレジスタ１００は、データ入力１０３ｂとクロック入力１０５ｂとをもつ第２のラッチ１０１ｂを備えている。さらに、シフトレジスタ１００は、第１の出力回路１０７ａと第２の出力回路１０７ｂとを備えている。

第１のラッチ１０１ａは、透過動作状態ではそのデータ入力１０３ａに印加された信号状態を受け取り、非透過状態ではその受け取った信号状態を維持するよう実現されている。

第２のラッチ１０１ｂは、透過動作状態ではそのデータ入力１０３ｂに印加された信号状態を受け取り、非透過状態ではその受け取った信号状態を維持するよう実現される。

第１のラッチ１０１ａと第２のラッチ１０１ｂは、例えば、第２のラッチ１０１ｂのデータ入力１０３ｂでのレベルは第１のラッチ１０１ａの出力１０９ａでのレベルに基づくように直列接続されている。

ラッチ１０１ａ、１０１ｂのクロック入力１０５ａ、１０５ｂは、第１のラッチ１０１ａが非透過動作状態にあるとき第２のラッチ１０１ｂが透過動作状態にあり、逆も同様であり、すなわち第１のラッチ１０１ａが透過動作状態にあるとき第２のラッチ１０１ｂが非透過動作状態にある切り替えられ、。

第１の出力回路１０７ａは、第１のラッチ１０１ａが透過動作状態にあるとき、第１のラッチ１０１ａ内に存在する信号状態とは独立した所定のレベルをシフトレジスタ１００の第１のシフトレジスタ出力１１１ａにもたらし、第１のラッチ１０１ａが非透過動作状態にあるとき、第１のラッチ１０１ａ内に保持した信号状態に応じたレベルをシフトレジスタ１００の第１のシフトレジスタ出力１１１ａにもたらすよう実現されている。

第２の出力回路１０７ｂは、第２のラッチ１０１ｂが透過動作状態にあるとき、第２のラッチ１０１ｂ内に存在する信号状態とは独立した所定のレベルをシフトレジスタ１００の第２のシフトレジスタ出力１１１ｂにもたらし、第２のラッチ１０１ｂが非透過動作状態にあるとき、第２のラッチ１０１ｂ内に保持した信号状態に応じたレベルをシフトレジスタ１００の第２のシフトレジスタ出力１１１ｂにもたらすように実現されている。

第１のラッチ１０１ａのクロック入力１０５ａはシフトレジスタ１００のクロック入力１１３に（例えば、直接接続されるか、２つの直列接続されたインバータにより）結合することができ、例えば、第１のラッチ１０１ａのクロック入力１０５ａでのレベルはシフトレジスタ１００のクロック入力１１３でのレベルに等しい。

第２のラッチ１０１ｂのクロック入力１０５ｂはシフトレジスタ１００のクロック入力１１３に（例えば、インバータにより）結合することができ、例えば、第２のラッチ１０１ｂのクロック入力１０５ｂでのレベルはシフトレジスタ１００のクロック入力１１３でのレベルに（及び第１のラッチ１０１ａのクロック入力１０５ａでのレベルに）相補的である。

さらに、データ入力１０３ａはシフトレジスタ１００のデータ入力１１５に結合（例えば、直接接続）することができ、第１のラッチ１０１ａのデータ入力１０３ａでのレベルはシフトレジスタ１００のデータ入力１１５でのレベルである。

以下に、図１に示されているシフトレジスタ１００の機能について説明する。ここでは、ラッチ１０１ａ、１０１ｂはそれらのクロック入力１０５ａ、１０５ｂでのレベルが低いときは非透過動作状態にあり、それらのクロック入力１０５ａ、１０５ｂでのレベルが高いときは透過動作状態にあると仮定する。

第１のラッチ１０１ａ内に存在する信号状態のレベルが「０」であり、第２のラッチ１０１ｂ内に存在する信号状態のレベルが「０」である状態において、シフトレジスタ１００のデータ入力１１５に「１」が印加されるとする。この「１」は、第１のラッチ１０１ａの次の透過動作状態（すなわち、第１のラッチ１０１ａのクロック入力１０５ａでの次のレベルが「０」）おいて、第１のラッチ１０１ａに引き継がれる。第１のラッチ１０１ａの透過状態において、第１の出力回路１０７ａは第１のシフトレジスタ出力１１１ａに所定のレベル（例えば、レベル「０」）をもたらす。さらに、第２のラッチ１０１ｂは非透過状態にあるので、第２の出力回路１０７ｂは第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに第２のラッチ１０１ｂ内に保持された信号状態に応じたレベル（例えば、第２のラッチ１０１ｂ内に保持された信号状態がレベル「０」をもつので、レベル「０」）をもたらす。

シフトレジスタ１００のクロック入力１１３が次にレベル「１」になると、第１のラッチ１０１ａは非透過動作モードに切り替わり、受け取った信号状態（データ入力１０３ａから受け取った「１」）を維持する。さらに、第１の出力回路１０７ａは、第１のラッチ１０１ａ内に保持された信号状態に応じたレベル（例えば、第１のラッチ１０１ａ内に保持された信号状態がレベル「１」をもつので、レベル「１」）を第１のシフトレジスタ出力１１１ａにもたらす。また、第２のラッチ１０１ｂは透過状態に切り替わり、そのデータ入力１０３ｂに印加された信号状態（２つのラッチ１０１ａ、１０１ｂが直列接続されているため、第１のラッチ１０１ａにおける信号状態に基づいて、第１のラッチ１０１ａと例えば同一、すなわち、例えば、レベル「１」をもつ）を受け取る。さらに、第２の出力回路１０７ｂは、第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに所定のレベル（例えば、レベル「１」）をもたらす。

シフトレジスタでは、データ入力１１５でのレベル「１」は、典型的には、１つのクロックサイクル（例えば、立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまで）に対してのみ利用可能であり、すなわち、シフトレジスタ１００のクロック信号入力１１３でのクロック信号が次にレベル「０」になると、データ入力１１５は、（レベル「０」に）すでにリセットされている。第２のラッチ１０１ｂは非透過動作状態に切り替わり、そのデータ入力１０３ｂから受け取った信号状態（すなわち、レベル「１」）を維持する。第２の出力回路１０７ｂは、第２のラッチ１０１ｂ内に保持された信号状態に応じたレベル（例えば、第２のラッチ１０１ｂ内に保持された信号状態がレベル「１」をもつので、レベル「１」）を第２のシフトレジスタ出力１１１ｂにもたらす。

さらに、第１のラッチ１０１ａは、透過動作状態に切り替わり、そのデータ入力１０３ａに印加される信号状態を受け取る。第１の出力回路１０７ａは、第１のシフトレジスタ出力１１１ａに第１のラッチ１０１ａにおける信号状態とは独立した所定のレベルをもたらす。

図１に示されている概念により、クロックエッジにより制御されるシフトレジスタは、１回のクロックサイクル（又は、クロック入力１１３での１回のクロック周期）でそのデータ入力１１５での「１」を前方に２回シフトすることを可能にする。

従来のシフトレジスタでは、（それぞれが２つのラッチをもつ）２つのＤ型フリップフロップが図１に示されている機能を達成するために使用される必要があり、その２つのＤ型フリップフロップは、図１に示されている概念の場合の２倍の速さでクロック制御される必要がある。したがって、本発明の実施形態は、より省スペースで、より省電流のシフトレジスタを可能にする。

図１に示されているように、出力回路１０７ａは、さらに、クロック入力１１７ａを備えることができ、第２の出力回路１０７ｂはクロック入力１１７ｂを備えることができる。出力回路１０７ａ、１０７ｂのクロック入力１１７ａ、１１７ｂは、第１の出力回路１０７ａのクロック入力１１７ａに第１のレベル（例えば、レベル「１」）が印加されるとき、第２の出力回路１０７ｂのクロック入力１１７ｂにクロック入力１１７ａでのレベルに相補的なレベル（例えば、レベル「０」）を印加するように、反転して切り替えることができる。図１にさらに示されているように、出力回路１０７ａ、１０７ｂは、シフトレジスタ１００のクロック入力１１３から、２つのラッチ１０１ａ、１０１ｂと同じクロック信号を受信することができる。したがって、ラッチ１０１ａ、１０１ｂの動作状態を切り替えると、出力回路１０７ａ、１０７ｂのスイッチング状態も同時に切り替えることができるということが達成できる。

言い換えると、シフトレジスタ１００のクロック入力１１３は、２つのラッチ１０１ａ、１０１ｂのクロック入力１０５ａ、１０５ｂと出力回路１０７ａ、１０７ｂのクロック入力１１７ａ、１１７ｂとに結合して、シフトレジスタ１００のクロック入力１１３でのクロック状態の変化に応じて、ラッチ１０１ａ、１０１ｂの動作状態と出力回路１０７ａ、１０７ｂのスイッチング状態との両方が変化するようにできる。例えば、出力回路１０７ａ、１０７ｂは、それぞれの関連したシフトレジスタ出力に、第１のスイッチング状態において、関連したラッチ内に保持された信号値に応じたレベルをもたらし、第２のスイッチング状態において、所定のレベルをもたらすことができる。

したがって、第１の出力回路１０７ａは、第１のラッチ１０１ａが非透過動作状態にあるとき第１のスイッチング状態をもち、第１のラッチ１０１ａが透過動作状態にあるとき第２のスイッチング状態をもつ。このことは、第２の出力回路１０７ｂと第２のラッチ１０１ｂに対しても同様に適用される。

図２Ａは、さらなる実施形態によるシフトレジスタ２００の回路の模式図を示す。シフトレジスタ２００は、図１に示されているシフトレジスタ１００の１つの可能な実施態様とすることができる。シフトレジスタ２００は、第１のラッチ２０１ａと第２のラッチ２０１ｂを備えている。２つのラッチ２０１ａ、２０１ｂは、それらの機能に関して、シフトレジスタ１００の２つのラッチ１０１ａ、１０１ｂに対応させることができる。さらに、シフトレジスタ２００は、第１の出力回路２０７ａと第２の出力回路２０７ｂを備えている。２つの出力回路２０７ａ、２０７ｂは、それぞれの機能に関して、シフトレジスタ１００の２つの出力回路１０７ａ、１０７ｂに対応させることができる。

さらに、シフトレジスタ２００は、オプションのクロック信号インバータ及びクロック信号リフレッシャもしくはリピータ２２１を備えている。

クロック信号インバータ及びクロック信号リフレッシャ２２１は、クロック信号ＣＫの反転と復元を行い、シフトレジスタ２００のクロック信号入力１１５にクロック信号ＣＫを反転バージョンＣＫＮと非反転バージョンＣＫＤでもたらすように実現されている。クロック信号インバータ及びクロック信号リフレッシャは、２つの直列接続されたインバータ２２３ａ、２２３ｂを備え、反転クロック信号ＣＫＮは直列接続されたインバータ２２３ａ、２２３ｂの第１のインバータ２２３ａの出力で取り出され、非反転クロック信号ＣＫＤはクロック信号インバータ及びクロック信号リフレッシャ２２１の直列接続された２つのインバータ２２３ａ、２２３ｂの第２のインバータ２２３ｂの出力で取り出される。したがって、シフトレジスタ２００では、クロック信号ＣＫは反転バージョンＣＫＮと非反転バージョンＣＫＤで存在する。

第１のラッチ２０１ａのデータ入力１０３ａは、シフトレジスタ２００のデータ入力１１５を同時に形成している。第１のラッチ２０１ａは、第１の入力スイッチ２２５ａと第１のフィードバックループ２２７ａを備えている。第１の入力スイッチ２２５ａは、第１のラッチ２０１ａの第１のフィードバックループ２２７ａとデータ入力１０３ａとの間に接続されている。第１の入力スイッチ２２５ａは、第１のラッチ２０１ａが透過動作状態にあるとき、第１のフィードバックループ２２７ａを第１のラッチ２０１ａのデータ入力１０３ａに結合し、データ入力１０３ａに印加されるデータ信号Ｄの信号状態が第１のフィードバックループ２２７ａに引き継がれるように実現されている。第１のフィードバックループ２２７ａは、非透過動作状態では、第１のラッチ２０１ａが透過動作状態にあるときに受け取った信号状態を維持するよう実現されている。

本出願では、スイッチが閉じられた状態は、スイッチ（又は、スイッチのスイッチングパス）が導電状態（又は、低インピーダンス）であることを示す。スイッチが開いているとき又は開かれた状態は、スイッチ（又は、スイッチのスイッチングパス）が非導電状態（又は、高インピーダンス）であることを示す。

したがって、第１の入力スイッチ２２５ａは、第１のラッチ２０１ａが透過動作状態にあるときに閉じられ、第１のラッチ２０１ａが非透過動作状態にあるときに開かれる。

第１のラッチ２０１ａと同様に、第２のラッチ２０１ｂもまた、第２の入力スイッチ２２５ｂと第２のフィードバックループ２２７ｂを備えている。第２のラッチ２０１ｂでもまた、第２の入力スイッチ２２５ｂは、データ入力１０３ｂと第２のフィードバックループ２２７ｂとの間に接続されている。２つのラッチ２０１ａ、２０１ｂの２つの入力スイッチ２２５ａ、２２５ｂは互いに相補的に制御され、すなわち、第１の入力スイッチ２２５ａが開れられた状態では第２の入力スイッチ２２５ｂが閉じられ、第１の入力スイッチ２２５ａが閉じられた状態では第２の入力スイッチ２２５ｂが開けられる。

図２Ａに示されている例では、第１のフィードバックループ２２７ａは、第１のインバータ２２９ａ、直列接続された（例えば、直接接続された）第２のインバータ２３１ａ、及び第２のインバータ２３１ａに直列接続された第１のフィードバックスイッチ２３３ａを備えている。第１のフィードバックループ２２７ａの第１のインバータ２２９ａの入力は、第１のフィードバックループ２２７ａの入力を同時に形成し、第１の入力スイッチ２２５ａに結合されている。フィードバックループ２２７ａのフィードバックスイッチ２３３ａは、第１のフィードバックループ２２７ａの第１のインバータ２２９ａの入力と第２のインバータ２３１ａの出力との間に接続されている。

第１のフィードバックループ２２７ａと同様に、第２のフィードバックループ２２７ｂもまた、２つの直列接続された（例えば、直接接続された）インバータ２２９ｂ、２３１ｂ、及びそれらに直列接続された第２のフィードバックスイッチ２３３ｂを備えている。第２のラッチ２０１ｂ内の２つのインバータ２２９ｂ、２３１ｂと第２のフィードバックスイッチ２３３ｂとの相互接続は、第１のラッチ２０１ａの第１のフィードバックループ２２７ａ内のインバータ２２９ａ、２３１ａと第１のフィードバックスイッチ２３３ａとの相互接続と同一である。

第１のラッチ２０１ａの第１の入力スイッチ２２５ａと、第１のラッチ２０１ａの第１のフィードバックスイッチ２３３ａとは、相補的に切り替えら、すなわち、第１のフィードバックスイッチ２３３ａが閉じられると第１の入力スイッチ２２５ａが開けられ、逆も同様である。したがって、第２のラッチ２０１ｂの第２の入力スイッチ２２５ｂと第２のラッチ２０１ｂの第２のフィードバックスイッチ２３３ｂについても同じことが当てはまる。

このように、フィードバックスイッチ２３３ａ、２３３ｂは、これらのラッチ２０１ａ、２０１ｂが透過動作状態にあるときに開けられ、したがって、フィードバックループ２２７ａ、２２７ｂもまた開けられる。これらのラッチ２０１ａ、２０１ｂが非透過動作状態にあるとき、フィードバックスイッチ２３３ａ、２３３ｂは閉じられ、したがって、フィードバックループ２２７ａ、２２７ｂもまた閉じられ、それぞれのラッチに引き継がれた信号値がフィードバックループ２２７ａ、２２７ｂで維持される。

さらに、第１の出力回路２０７ａは、第１の入力２３７ａと第２の入力２３９ａをもつ第１の切換スイッチ２３５ａを備えている。第１の切換スイッチ２３５ａは、第１のスイッチング状態においてその第１の入力２３７ａを第１のシフトレジスタ出力１１１ａに結合し、第２のスイッチング状態においてその第２の入力２３９ａを第１のシフトレジスタ出力１１１ａに結合するように実現されている。第１の切換スイッチ２３５ａの第１の入力２３７ａは、第１のラッチ２０１ａの出力１０９ａに結合（例えば、直接結合）されている。第１のラッチ２０１ａ内に存在する信号状態とは独立したレベル（例えば、供給される電圧レベル）が、第１の切換スイッチ２３５ａの第２の入力２３９ａに印加されている。図２Ａに示されている実施形態では、第１のフィードバックループ２２７ａ内に保持された信号状態は、フィードバックループ２２７ａの第１のインバータ２２９ａの出力（ノードｉｎｔ１）で取り出される。したがって、第１のラッチ２０１ａの出力１０９ａでの出力信号は、第１のラッチ２０１ａに印加された元の信号状態を反転したものである。この反転を均衡させるとともに、出力負荷を駆動できるようにするために、第１の出力回路２０７ａは、さらに、第１の切換スイッチ２３５ａの出力２４４ａと第１のシフトレジスタ出力１１１ａとの間に接続されたインバータ２４１ａを備えることができる。

また、第２の出力回路２０７ｂは、第１の入力２３７ｂと第２の入力２３９ｂとをもつ第２の切換スイッチ２３５ｂを備えている。第２の切換スイッチ２３５ｂは、第１の切換スイッチ２３５ａと同様に、その第１のスイッチング状態においてその第１の入力２３７ｂを第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに結合し、その第２のスイッチング状態においてその第２の入力２３９ｂを第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに結合するように実現されている。ここでは、第１の入力２３７ｂは、この入力でのレベルが第２のフィードバックループ２２７ｂ内に保持された信号状態とは独立したものとなるように接続又は切り替えられる。第２の入力は、第２のラッチ２０１ｂに印加された信号状態とは独立したレベル（例えば電源電位で、それは、例えば、第１の切換スイッチ２３５ａの第２の入力２３９ａでのレベルに等しい）が第２の入力に印加されるように切り替えられる。

第２の切換スイッチ２３５ｂと第２のラッチ２０１ｂとの相互接続は、第１の切換スイッチ２３５ａと第１のラッチ２０１ａとの相互接続とは異なるが、これは、第２の切換スイッチ２３５ｂの第１の入力２３７ｂが、第２のフィードバックループ２２７ｂの第２のインバータ２３１ｂの出力に結合されているからである。したがって、第２の切換スイッチ２３５ｂの第１の入力２３７ｂに印加されるレベルは、第２のラッチ２０１ｂの第２のフィードバックループ２２７ｂ内に保持された信号状態のレベルに等しい。

シフトレジスタ２００のデータ入力１１５に印加された元のデータ信号Ｄは、（インバータ２２９ａ、２２９ｂ、２３１ｂによって３回反転されるため）反転されて第２のフィードバックループ２２７ｂの第２のインバータ２３１ｂの出力に印加される。この信号は、第２の切換スイッチ２３５ｂの出力２４４ｂと第２のシフトレジスタ出力１１１ｂとの間に接続された、第２の出力回路２０７ｂのインバータ２４１ｂを介して修正される。さらに、インバータ２４１ｂは出力負荷を駆動するために動作する。

さらなる実施形態によれば、例えば、第１の切換スイッチ２３５ａの第１の入力２３７ａが第１のフィードバックループ２２７ａの第２のインバータ２３１ａの出力に結合され、第２の切換スイッチ２３５ｂの第１の入力２３７ｂが第２のフィードバックループ２２７ｂの第１のインバータ２２９ｂの出力に結合された場合は、インバータ２４１ａ、２４１ｂは省略することもできる。

切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂのクロック入力１１７ａ、１１７ｂは、第１の切換スイッチ２３５ａが第１のスイッチング状態にある（かつ、その第１の入力２３７ａを第１のシフトレジスタ出力１１１ａに結合させる）とき、第２の切換スイッチ２３５ｂが第２のスイッチング状態にあり（かつ、その第２の入力２３９ｂを第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに結合させる）ように、またその逆も同様であるように切り替えられる。このことは、図２Ａにおいて、第１の切換スイッチ２３５ａがクロック信号ＣＫの非反転バージョンＣＫＤを受信し、一方、第２の切換スイッチ２３５ｂがクロック信号ＣＫの反転バージョンＣＫＮを受信するということからわかる。言い換えると、クロック信号ＣＫの非反転バージョンＣＫＤが第１の切換スイッチ２３５ａのクロック入力１１７ａに印加され、クロック信号ＣＫの反転バージョンＣＫＮが第２の切換スイッチ２３５ｂのクロック入力１１７ｂに印加される。

シフトレジスタ２００のクロック入力１１３が、ラッチ２０１ａ、２０１ｂのクロック入力と、さらに出力回路２０７ａ、２０７ｂのクロック入力との両方に結合するということのため、シフトレジスタ２００のクロック入力１１３でのクロック状態の変化に応じて、ラッチ２０１ａ、２０１ｂの動作状態と、さらに出力回路２０７ａ、２０７ｂのスイッチング状態との両方が変化することを達成することができる。言い換えると、ラッチ２０１ａ、２０１ｂの動作状態の変化、及び出力回路２０７ａ、２０７ｂ（又は、それらの切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂ）のスイッチング状態の変化は、シフトレジスタ２００のクロック信号入力１１３でのクロック信号ＣＫに基づく。したがって、シフトレジスタ２００は、単一のクロック信号入力と、１つの内部クロック分配とを備えることができる。出力回路２０７ａ、２０７ｂと、さらにラッチ２０１ａ、２０１ｂとの両方が、同じクロック信号ＣＫに基づくため、ラッチ２０１ａ、２０１ｂは、出力回路２０７ａ、２０７ｂに同期して切り替わることを達成することができる。

いくつかの実施形態によれば、切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂは、クロック状態で制御することができる。したがって、例えば、第１の切換スイッチ２３５ａは、第１のレベル（例えば、レベル「１」）がそのクロック入力に印加されたとき第１のスイッチング状態となることができ、第１のレベルに相補的なレベル（例えば、レベル「０」）がそのクロック入力に印加されたとき第２のスイッチング状態となることができる。これは、第２の切換スイッチ２３５ｂにもまた同様に当てはまる。しかしながら、注意すべきことは、２つの切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂの反転した配線（このことは、第１の切換スイッチ２３５ａがクロック信号ＣＫの非反転バージョンＣＫＤを受信し、第２の切換スイッチ２３５ｂがクロック信号ＣＫの反転バージョンＣＫＮを受信するということからわかる）のため、２つの切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂのスイッチング状態もまた、互いに相補的となることである。実現に関して、２つの切換スイッチ２３５ａ、２３５ｂは同様に実現することができ、すなわち、第１の切換スイッチ２３５ａを第１のスイッチング状態にさせるレベルで、さらに第２の切換スイッチ２３５ｂを第１のスイッチング状態にさせ、及び、第１の切換スイッチ２３５ａを第２のスイッチング状態にさせるレベルで、さらに第２の切換スイッチ２３５ｂを第２のスイッチング状態にさせることができる。

さらに、シフトレジスタ２００は、第３のシフトレジスタ出力２４１を備えている。第３のシフトレジスタ出力２４１は、図２Ａに示されているシフトレジスタ２００のＤ型フリップフロップ機能を実現するために動作する。したがって、シフトレジスタ入力１１５に印加されたデータ信号が、クロック信号ＣＫの１クロック周期の遅延を伴って、第３のシフトレジスタ出力２４１に印加される。第３のシフトレジスタ出力２４１は、いくつかのシフトレジスタ２００を互いと結合し、択一型シフトレジスタを実現するために使用することができる。したがって、第１のシフトレジスタ２００の第３のシフトレジスタ出力２４１は、択一型シフトレジスタにおいて、後続のシフトレジスタ２００のデータ入力１１５に結合（例えば、直接結合）することができる。図２Ａに示されている実施形態では、第３のシフトレジスタ出力２４１は、第２のラッチ２０１ｂの第２のフィードバックループ２２７ｂにおける第１のインバータ２２９ｂの出力に結合されている。したがって、第２のラッチ２０１ｂは２つの出力を備え、第２のラッチ２０１ｂのデータ入力１０３ｂから受け取った信号状態は、反転形態で一方の出力（第３のシフトレジスタ出力２４１）に、非反転形態で他方の出力（第２の切換スイッチ２３５ｂの入力２３７ｂに結合されている）に印加される。

言い換えると、第２のラッチ２０１ｂは、第３のシフトレジスタ出力２４１でのレベルは、シフトレジスタ２００のクロック信号入力１１３でのクロック信号ＣＫの所定の数（例えば２）のクロック信号エッジの後、第１のラッチ２０１ａのデータ入力１０３ａでのレベルに従うように、第３のシフトレジスタ出力２４１に結合（例えば、直接結合）されている。

したがって、第３のシフトレジスタ出力２４１でのレベルは、第２のラッチ２０１ｂのフィードバックループ２２７ｂ内で優勢である信号状態のみに基づいており、出力回路２０７ａ、２０７ｂのスイッチング状態とは独立したものである。

図２Ａに示されている実施形態では、入力スイッチ２２５ａ、２２５ｂ及びフィードバックスイッチ２３３ａ、２３３ｂは、例えば、伝達ゲート２２５ａ、２２５ｂ、２３３ａ、２３３ｂの形で、並列に接続されたトランジスタによって実現される。ここでは、１つのラッチの伝達ゲート（例えば、第１のラッチ２０１ａの伝達ゲート２２５ａと伝達ゲート２３３ａ）は反転制御される。

さらなる実施形態によれば、入力スイッチ２２５ａ、２２５ｂ及びフィードバックスイッチ２３３ａ、２３３ｂはまた、他のスイッチ、例えば、リレー又は１トランジスタスイッチ等で実現してもよい。

さらに、第１の出力回路２０７ａの第１の切換スイッチ２３５ａは、第１のスイッチングトランジスタ２４３ａ及び第２のスイッチングトランジスタ２４５ａによって実現されている。第１のスイッチングトランジスタ２４３ａはｎチャネル電界効果トランジスタであり、第２のスイッチングトランジスタ２４５ａはｐチャネル電界効果トランジスタである。第１の切換スイッチ２３５ａの第１のスイッチングトランジスタ２４３ａのソース−ドレインパスは、第１の切換スイッチ２３５ａの第１の入力２３７ａと出力２４４ａとの間に接続されている。第１の切換スイッチ２３５ａの第２のスイッチングトランジスタ２４５ａのソース−ドレインパスは、第１の切換スイッチ２３５ａの第２の入力２３９ａと出力２４４ａとの間に接続されている。第１の切換スイッチ２３５ａの２つのスイッチングトランジスタ２４３ａ、２４５ａのゲート端子には、クロック信号ＣＫが、非反転バージョンＣＫＤで印加される。

第２の切換スイッチ２３５ｂもまた、ｎチャネル電界効果トランジスタである第１のスイッチングトランジスタ２４３ｂと、ｐチャネル電界効果トランジスタである第２のスイッチングトランジスタ２４５ｂとによって実現されている。第１のスイッチングトランジスタ２４３ｂのソース−ドレインパスは、第２の切換スイッチ２３５ｂの第１の入力２３７ｂと出力２４４ｂとの間に接続されている。第２の切換スイッチ２３５ｂの第２のスイッチングトランジスタ２４５ｂのソース−ドレインパスは、第２の切換スイッチ２３５ｂの第２の入力２３９ｂと出力２４４ｂとの間に接続されている。第２の切換スイッチ２３５ｂの２つのスイッチングトランジスタ２４３ｂ、２４５ｂのゲート入力には、クロック信号ＣＫが反転バージョンＣＫＮで印加され、このようにして、第１の切換スイッチ２３５ａが第２の切換スイッチ２３５ｂと反転して切り替わることを保証することができる。

さらなる実施形態によれば、スイッチングトランジスタ２４３ａ、２４５ａ、２４３ｂ、２４５ｂは、スイッチ２２５ａ、２２５ｂ、２３３ａ、２３３ｂに対応した伝達ゲートと置き換えることもできる。

図２Ａに示されている実施形態では、入力スイッチ２２５ａ、２２５ｂ、フィードバックスイッチ２３３ａ、２３３ｂ、及びトランジスタ２４３ａ、２４３ｂ、２４５ａ、２４５ｂは、電界効果トランジスタとして実現されるが、さらなる実施形態では、他の種類のトランジスタ、例えば、バイポーラトランジスタも使用することができる。さらに、図２Ａに示されている実現形態に相補的な実現形態もまた、例えば、反転されたクロック制御を使用して実現可能である。

以下に、図２Ａに示されているシフトレジスタ２００の機能を、図２Ｂに示されている時間状態図を参照して説明する。図２Ｂに示されている時間状態図では、以下の信号が時間とともに描かれている。すなわち、
クロック信号ＣＫの非反転バージョンＣＫＤ、
クロック信号ＣＫの反転バージョンＣＫＮ、
シフトレジスタ２００のデータ入力１１５、及び、したがって第１のラッチ２０１ａのデータ入力１０３ａでのデータ信号Ｄのレベル、
第１のラッチ２０１ａの出力１０９ａ（ノードｉｎｔ１）でのレベル、
第２のラッチ２０１ｂの出力１０９ｂ（ノードｉｎｔ２）でのレベル、
第１のシフトレジスタ出力１１１ａ（Ｏ０）でのレベル、
第２のシフトレジスタ出力１１１ｂ（Ｏ１）でのレベル、
第３のシフトレジスタ出力２４１（Ｑ）でのレベル、
第１のラッチ２０１ｂの第１のフィードバックループ２２７ａにおける第１のフィードバックスイッチ２３３ａと第１のインバータ２２９ａとの間のノード（ノードｉｎｔ３）でのレベル、
第１の切換スイッチ２３５ａの出力２４４ａ（ノードｉｎｔ４）でのレベル、
第２のラッチ２０１ｂのフィードバックループ２２７ｂにおける第２のフィードバックスイッチ２３３ｂと第２のインバータ２２９ｂとの間のノード（ノードｉｎｔ５）でのレベル、及び
第２の出力回路２０７ｂの第２の切換スイッチ２３５ｂの出力２４４ｂ（ノードｉｎｔ６）でのレベルである。

内部ノードｉｎｔ１及びｉｎｔ２は重複した値をもつことが、図２Ｂに示されている図からわかる（シフトレジスタ２００が入力インバータを欠いているため、それらの信号がデータ信号Ｄに対し反転されている。）。ＮＭＯＳスイッチ（スイッチングトランジスタ２４３ａ、２４３ｂ）及びＰＭＯＳスイッチ（スイッチングトランジスタ２４５ａ、２４５ｂ）がこの重複を正し、これにより、ＣＫＤがレベル「１」の間、Ｏ０はレベル「１」を出力し、ＣＫＤのレベルが「０」の間、Ｏ１はレベル「１」を出力する。

ノードｉｎｔ１がレベル「０」で、ＣＫＤがレベル「１」のとき、Ｏ０はレベル「１」を出力する。そのとき、ノードｉｎｔ１でのＮＭＯＳスイッチ２４３ａが閉じており（導通）、ノードｉｎｔ１の値を出力インバータ２４１ａに伝わる。

このことは、ノードがレベル「０」になるとき、すなわち、ラッチ２０１ａに「１」が保持されているとき、非常によく機能する。もしノードｉｎｔ１がレベル「１」になるときであれば、ＮＭＯＳスイッチ２４３ａは、完全なレベル「１」になるまで導通しない。しかし、インバータ２４１ａのインバータ入力でのレベルが非常に高いので、インバータ出力（第１のシフトレジスタ出力１１１ａ）がレベル「０」に正確に設定されるのである。ＰＭＯＳスイッチ２４５ａは、ＣＫＤがレベル「０」の場合、出力インバータ２４１ａのインバータ入力を、常に所定のレベル（図２Ａに示されている実施形態ではレベル「１」に）に設定する。ノードｉｎｔ２でのスイッチは反転制御され、したがって、ＣＫＤがレベル「０」である間、第２のシフトレジスタ出力１１１ｂに「１」が現れる。

シフトレジスタ２００は、クロック信号ＣＫの各クロックエッジでのそのデータ入力１１５におけるレベル「１」でシフトを行い、従来のＤ型フリップフロップの場合のように、１つおきのクロックエッジでシフトを行うのではないことが、図２Ｂに示されている図から明らかである。さらに、クロック信号ＣＫの半分のクロック周期で、データ入力１１５から受け取られたレベル「１」は、２つのシフトレジスタ出力１１１ａ、１１１ｂにのみ印加される。さらに、シフトレジスタ２００によってもまた、典型的なクロック状態制御されたＤ型フリップフロップ機能が第３のシフトレジスタ出力２４１に与えられる。この第３のシフトレジスタ出力２４１に与えられるレベルは、後続のシフトレジスタにおける入力として使用することができる。

図２Ａに示されているシフトレジスタ（すなわち、フリップフロップ２００）は、２つのシフトレジスタ出力１１１ａ、１１１ｂに対して２８個のみのトランジスタ、すなわち、シフトレジスタ出力毎に１４個のトランジスタを備えている。すなわち、図３に示されるように相互に接続された択一型シフトレジスタの場合、例えば、Ｎ×１４個（Ｎはラッチの数、又は出力回路によって制御されるシフトレジスタ出力の数）のトランジスタが必要となる。

図３は、さらなる実施形態による、択一型シフトレジスタ３００のブロック図を示す。択一型シフトレジスタ３００はデータ入力３０１とクロック入力３０３を備えている。択一型シフトレジスタ３００は、複数の直列接続されたシフトレジスタ２００ａから２００ｎを備えている。シフトレジスタ２００ａから２００ｎは、例えば、図２Ａに示されているシフトレジスタ２００のように構成することができる。

シフトレジスタ２００ａから２００ｎは、データ入力３０１に印加された「１」がシフトレジスタ２００ａから２００ｎにわたってシフトされるようにデータ入力３０１とクロック入力３０３に結合されている。そのシフトは、クロック入力３０３での立ち下がり（又は、立ち上がり）クロックエッジでその「１」がシフトレジスタの第１のシフトレジスタ出力から同じシフトレジスタの第２のシフトレジスタ出力にシフトされ、立ち上がり（又は立ち下がり）クロックエッジでその「１」がシフトレジスタの第２のシフトレジスタ出力から後続のシフトレジスタの第１のシフトレジスタ出力にシフトされるようになされる。言い換えると、第１のクロックエッジ方向で「１」はシフトレジスタ内部でシフトし、第２のクロックエッジ方向（第１のクロックエッジ方向とは相補的）で「１」はシフトレジスタから次のシフトレジスタにシフトする。したがって、例えば、図２Ａに示されているシフトレジスタの実施態様を使用すると、択一型シフトレジスタ３００のデータ入力３０１での「１」は、それが複数のシフトレジスタ２００ａから２００ｎのうちの第１のシフトレジスタ２００ａ内に保持されているとすると、立ち下がりクロックエッジで第１のシフトレジスタ２００ａの第１のシフトレジスタ出力Ｏ０から第１のシフトレジスタ２００ａの第２のシフトレジスタ出力Ｏ１にシフトし、後続の立ち上がりクロックエッジで第１のシフトレジスタ２００ａから第２のシフトレジスタ２００ｂ（第１のシフトレジスタ２００ａの下流にあるシフトレジスタ）にシフトし、したがって、次いで、「１」は、第２のシフトレジスタ２００ｂの第１のシフトレジスタ出力Ｏ２に印加される。

シフトレジスタ２００ａから２００ｎは直接接続することができ、すなわち、第１のシフトレジスタ２００ａの第３のシフトレジスタ出力は、（例えば、追加の増幅器、インバータ又はスイッチなしで）第２のシフトレジスタ２００ｂのデータ入力に直接接続することができる。このことは、さらなるシフトレジスタ２００ｃから２００ｎの直列接続にも当てはまる。

シフトレジスタ２００ａから２００ｎを互いに直接接続することにより、フリップフロップ又はシフトレジスタ２００ａから２００ｎが（論理素子及び長い配線無しに）互いに直接接続され、それにより、信号の復元が不要になるので、図５に示されている入力インバータ５０１と出力インバータ５０３との両方を、シフトレジスタ２００ａから２００ｎにおいて省略することができる。シフトレジスタ２００ａから２００ｎで入力インバータ及び出力インバータをこのように除去することにより、さらに、択一型シフトレジスタ３００の実施態様に対して要求されるトランジスタの数を減らすことができる。必要なトランジスタをさらに減らすことは、すでに上記したように、シフトレジスタ出力に両方のラッチ出力を使用することによって達成される。

このように、図３に示されている択一型シフトレジスタは、Ｎ×１４個（Ｎはシフトレジスタ３００の出力数又はシフトレジスタ２００ａから２００ｎの２倍の数である）のトランジスタで実現している。

トランジスタの数を減らすことにより、択一型シフトレジスタ３００全体に対して、及び各個々のシフトレジスタ２００ａから２００ｎに対して必要なスペースが大幅に減少する。

本発明の実施形態は、（実質的に）すべてのクロック周波数に対して機能し、また、非常に低い周波数に対しても、又はクロックがある時間止まった場合でも機能する。

さらに、あらゆるクロックエッジにおいて出力がシフトし、その結果、クロック周波数を半分にすることができ、同じ集積回路上の他の回路部品からの干渉を減らせることになる。

さらなる実施形態によれば、低出力負荷に対し、図２Ａに示されている出力インバータ２４１ａ、２４１ｂも省略することができ、それにより、必要なトランジスタの数をさらに減らせる結果となる。

さらに、実施形態によれば、任意の位置でインバータをインバータのカスケード接続で置き換えることができる。インバータのカスケード接続はまた、スイッチ間でなされたものであってもよい。

さらなる実施形態によれば、図２Ａに示されているシフトレジスタ２００は、さらに、データ入力１１５に入力インバータを、第３のシフトレジスタ出力２４１に出力インバータを備えることができる。

さらなる実施形態によれば、また、信号の反転のために、（出力回路の）出力スイッチ入力を、フィードバックチェーン（フィードバックループ２２７ａ、２２７ｂ）のそれぞれのインバータの前、又はそれぞれの次のインバータの後から取り出すこともできる。

さらなる実施形態によれば、インバータを追加挿入することによって一部の中間信号を反転させることができる。これにより、例えば、１トランジスタスイッチ２４３ａ、２４５ａ、２４３ｂ、２４５ｂの極性（ＮＭＯＳ→ＰＯＭＳ、逆も同様）と制御レベル（ＣＫＮ→ＣＫＤ、逆も同様）を反転させることができる。

さらなる実施形態によれば、第３のシフトレジスタ出力２４１は、例えば、それの前のインバータ又は次のインバータの前で経路内の信号をさらに反転させることによってシフトさせることができる。

実施形態は、例えば、一般的には、画像センサ又はマルチプレクサで適用することができる。

したがって、実施形態は、択一型シフトレジスタのためのより省スペースのＤ型フリップフロップを提供する。

従来のシフトレジスタでは、Ｄ型フリップフロップは各出力に対して必要とされた。従来のＤ型フリップフロップ実施態様（例えば、図５に示されている）は２４個のトランジスタをもっているので、シフトレジスタ毎にも２４個のトランジスタが必要とされる。本発明の実施形態は、シフトレジスタ出力毎に必要なトランジスタを減らすことができる（例えば、図２Ａに示されているように、シフトレジスタ出力毎のトランジスタを１４個にする）。

Claims (19)

1. データ入力（３０１）及びクロック入力（３０３）を備えた択一型フトレジスタ（３００）を備えた択一型選択回路であって、前記択一型フトレジスタ（３００）は、最初のシフトレジスタのデータ入力に前記データ入力（３０１）が接続され、後段のシフトレジスタのデータ入力にはそのすぐ前段のシフトレジスタの出力が接続されるように直列接続された複数のシフトレジスタ（１００；２００；２００ａ−２００ｎ）を備えており、
   前記シフトレジスタ（１００；２００；２００ａ−２００ｎ）は第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）、第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）、第１の出力回路（１０７ａ、２０７ａ）及び第２の出力回路（１０７ｂ、２０７ｂ）を備え、
   前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）は、そのデータ入力（１０３ａ）に印加された信号状態を透過動作状態で受け取り、前記受け取った信号状態を非透過動作状態で維持するよう実現されており、
   前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）は、そのデータ入力（１０３ｂ）に印加された信号状態を透過動作状態で受け取り、前記受け取った信号状態を非透過動作状態で維持するよう実現されており、
   前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）と前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）は直列接続されており
   前記ラッチ（１０１ａ、１０１ｂ；２０１ａ、２０１ｂ）のクロック入力（１０５ａ、１０５ｂ）は、前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）が前記非透過動作状態にあるときは前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）が前記透過動作状態にあり、逆も同様であるように切り替えられ、
   前記第１の出力回路（１０７ａ、２０７ａ）は、前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）が前記透過動作状態にあるとき、それぞれのシフトレジスタ（１００、２００；２００ａ−２００ｎ）の第１のシフトレジスタ出力（１１１ａ）に前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）内に存在する前記信号状態とは独立した所定のレベルを提供し、前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）が前記非透過動作状態にあるとき、このシフトレジスタ（１００、２００；２００ａ−２００ｎ）の第１のシフトレジスタ出力（１１１ａ）に前記第１のラッチ（１０１ａ；２０１ａ）内に保持された前記信号状態に応じたレベルを提供するように実現されており、
   前記第２の出力回路（１０７ｂ、２０７ｂ）は、前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）が前記透過動作状態にあるとき、前記それぞれのシフトレジスタ（１００、２００、２００ａ−２００ｎ）の第２のシフトレジスタ出力（１１１ｂ）に前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）内に存在する前記信号状態とは独立した所定のレベルを提供し、前記第２のラッチ（１０１ｂ；２０１ｂ）が前記非透過動作状態にあるとき、このシフトレジスタ（１００、２００、２００ａ−２００ｎ）の第２のシフトレジスタ出力（１１１ｂ）に前記第２のラッチ（１０１ｂ，２０１ｂ）内に保持された前記信号状態に応じたレベルを提供するよう実現されており、
   前記クロック入力（３０３）での立ち下がりクロックエッジで、前記データ入力（３０１）に印加された「１」が前記複数のシフトレジスタ（２００ａ−２００ｎ）の第１のシフトレジスタ（２００ａ）の第１のシフトレジスタ出力（Ｏ０）から前記第１のシフトレジスタ（２００ａ）の第２のシフトレジスタ出力（Ｏ１）にシフトされ、立ち上がりクロックエッジで、前記「１」が前記第１のシフトレジスタ（２００ａ）の前記第２のシフトレジスタ出力（Ｏ１）から後続のシフトレジスタ（２００ｂ）の第１のシフトレジスタ出力（Ｏ２）にシフトされるようになっているか、又は、
   前記クロック入力（３０３）での立ち上がりクロックエッジで、前記データ入力（３０１）に印加された「１」が前記複数のシフトレジスタ（２００ａ−２００ｎ）の第１のシフトレジスタ（２００ａ）の第１のシフトレジスタ出力（Ｏ０）から前記第１のシフトレジスタ（２００ａ）の第２のシフトレジスタ出力（Ｏ１）にシフトされ、立ち下がりクロックエッジで、前記「１」が前記第１のシフトレジスタ（２００ａ）の前記第２のシフトレジスタ出力（Ｏ１）から後続のシフトレジスタ（２００ｂ）の第１のシフトレジスタ出力（Ｏ２）にシフトされるようになっていることにより、前記「１」が前記シフトレジスタ（２００ａ−２００ｎ）を通ってシフトされるように、前記シフトレジスタ（２００ａ−２００ｎ）が結合されている択一型選択回路。
2. 前記２つのラッチ（１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ）の前記クロック入力（１０５ａ、１０５ｂ）は、第１のレベルが前記第１のラッチ（１０１ａ、２０１ａ）の前記クロック入力（１０５ａ）に印加されるとき、前記第１のレベルに相補的なレベルが、前記第２のラッチ（１０１ｂ、２０１ｂ）の前記クロック入力（１０５ｂ）に印加されるように、反転して切り替えられる請求項１に記載の択一型選択回路。
3. 前記出力回路（１０７ａ、１０７ｂ、２０７ａ、２０７ｂ）のクロック入力（１１７ａ、１１７ｂ）は、第１のレベルが前記第１の出力回路（１０７ａ、２０７ａ）のクロック入力（１１７ａ）に印加されるとき、前記第１のレベルに相補的なレベルが前記第２の出力回路（１０７ｂ、２０７ｂ）のクロック入力（１１７ｂ）に印加されるように、反転して切り替えられる請求項１又は２に記載の択一型選択回路。
4. 前記シフトレジスタ（１００、２００）のクロック入力（１１３）は、前記ラッチ（１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ）のクロック入力（１０５ａ、１０５ｂ）及び前記出力回路（１０７ａ、１０７ｂ、２０７ａ、２０７ｂ）のクロック入力（１１７ａ、１１７ｂ）に結合され、前記シフトレジスタ（１００、２００）の前記クロック入力（１１３）でのクロック状態の変化に応じて、前記ラッチ（１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ）の前記動作状態と前記出力回路（１０７ａ、１０７ｂ、２０７ａ、２０７ｂ）のスイッチング状態との両方が変化する請求項１から３のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
5. 前記第１の出力回路（２０７ａ）は、第１の入力（２３７ａ）及び第２の入力（２３９ａ）をもつ第１の切換スイッチ（２３５ａ）を備えており、
   前記第１の切換スイッチ（２３５ａ）は、その第１のスイッチング状態でその第１の入力（２３７ａ）を前記第１のシフトレジスタ出力（１１１ａ）に結合し、その第２のスイッチング状態でその第２の入力（２３９ａ）を前記第１のシフトレジスタ出力（１１１ａ）に結合するように実現されており、
   前記第１の切換スイッチ（２３５ａ）は、その第１の入力（２３７ａ）に印加されるレベルが前記第１のラッチ（２０１ａ）内に存在する前記信号状態に基づき、その第２の入力（２３９ａ）に印加されるレベルが前記第１のラッチ（２０１ａ）内に存在する前記信号状態とは独立しているように切り替えられ、
   前記第２の出力回路（２０７ｂ）は、第１の入力（２３７ｂ）及び第２の入力（２３９ｂ）をもつ第２の切換スイッチ（２３５ｂ）を備えており、
   前記第２の切換スイッチ（２３５ｂ）は、その第１のスイッチング状態でその第１の入力（２３７ｂ）を前記第２のシフトレジスタ出力（１１１ｂ）に結合し、その第２のスイッチング状態でその第２の入力（２３９ｂ）を前記第２のシフトレジスタ出力（１１１ｂ）に結合するように実現されており、
   前記第２の切換スイッチ（２３５ｂ）は、その第１の入力（２３７ｂ）に印加されるレベルが前記第２のラッチ（２０１ｂ）内に存在する前記信号状態に基づき、その第２の入力（２３９ｂ）に印加されるレベルが前記第２のラッチ（２０１ｂ）内に存在する前記信号状態とは独立しているように切り替えられる請求項１から４のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
6. 前記切換スイッチ（２３５ａ、２３５ｂ）のクロック入力は、前記第１の切換スイッチ（２３５ａ）がその第１のスイッチング状態にあるとき、前記第２の切換スイッチ（２３５ｂ）がその第２のスイッチング状態にあり、逆も同様であるように、切り替えられる請求項５に記載の択一型選択回路。
7. 前記第１の切換スイッチ（２３５ａ）は、第１のレベルがそのクロック入力に印加されたときその第１のスイッチング状態にあり、前記第１のレベルに相補的なレベルがそのクロック入力に印加されたときその第２のスイッチング状態にあるように、かつ、前記第２の切換スイッチ（２３５ｂ）は、第２のレベルがそのクロック入力に印加されたときその第２のスイッチング状態にあり、前記第２のレベルに相補的なレベルがそのクロック入力に印加されたときその第１のスイッチング状態にあるように、前記切換スイッチ（２３５ａ、２３５ｂ）がクロック状態により制御される請求項５又は６に記載の択一型選択回路。
8. 前記第２のラッチ（２０１ｂ）は、第３のシフトレジスタ出力（２４１）でのレベルが、このシフトレジスタ（２００）のクロック信号入力（１１３）での所定の数のクロック信号エッジの後、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記データ入力（１０３ａ）でのレベルに従うように、前記第３のシフトレジスタ出力（２４１）に結合されている請求項１から７のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
9. 前記第１のラッチ（２０１ａ）は、第１の入力スイッチ（２２５ａ）と、前記第１の入力スイッチ（２２５ａ）に対し相補的に切り替わる第１のフィードバックスイッチ（２３３ａ）とを備え、
   前記第１の入力スイッチ（２２５ａ）は、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記透過動作状態において導電状態となって前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記データ入力（１０３ａ）に印加された前記信号状態を受け取り、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記非透過動作状態においては導電状態にならず、
   前記第１のフィードバックスイッチ（２３３ａ）は、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記非透過動作状態において導電状態となって前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記データ入力（１０３ａ）から受け取った前記信号状態を前記第１のラッチ（２０１ａ）内に維持し、
   前記第２のラッチ（２０１ｂ）は、第２の入力スイッチ（２２５ｂ）と、前記第２の入力スイッチ（２２５ｂ）と相補的に切り替わる第２のフィードバックスイッチ（２３３ｂ）とを備え、
   前記第２の入力スイッチ（２２５ｂ）は、前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記透過動作状態において導電状態となって前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記データ入力（１０３ｂ）に印加された前記信号状態を受け取り、前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記非透過動作状態においては導電状態にならず、
   前記第２のフィードバックスイッチ（２３３ｂ）は、前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記非透過動作状態において導電状態となって前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記データ入力（１０３ｂ）から受け取った前記信号状態を前記第２のラッチ（２０１ｂ）内に維持する請求項１から８のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
10. このシフトレジスタは、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記第１の入力スイッチ（２２５ａ）が前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記第２の入力スイッチ（２２５ｂ）と相補的に切り替わり、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記第１のフィードバックスイッチ（２３３ａ）が前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記第２のフィードバックスイッチ（２３３ｂ）と相補的に切り替わるよう実現されている請求項９に記載の択一型選択回路。
11. 前記第１のラッチ（２０１ａ）は第１のフィードバックループ（２２７ａ）を備え、
    前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）は前記第１の入力スイッチ（２２５ａ）の後に接続され、前記第１のフィードバックスイッチ（２３３ａ）は前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）を開閉し、第１のフィードバックループ（２２７ａ）が開いて前記第１のラッチ（２０１ａ）が前記透過動作状態にあるときに、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記データ入力（１０３ａ）に印加された前記信号状態を前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）に受け取り、第１のフィードバックループ（２２７ａ）が閉じて前記第１のラッチ（２０１ａ）が前記非透過動作状態にあるときに、前記受け取った信号状態を前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）に維持するように実現されており、
    前記第２のラッチは第２のフィードバックループ（２２７ｂ）を備え、
    前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）は前記第２の入力スイッチ（２２５ｂ）の後に接続され、前記第２のフィードバックスイッチ（２３３ｂ）は前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）を開閉し、第２のフィードバックループ（２２７ｂ）が開いて前記第２のラッチ（２０１ｂ）が前記透過動作状態にあるときに、前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記データ入力（１０３ｂ）に印加された前記信号状態を前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）に受け取り、第２のフィードバックループ（２２７ｂ）が閉じて前記第２のラッチ（２０１ｂ）が前記非透過動作状態にあるときに、前記受け取った信号状態を前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）に維持するように実現されている請求項９又は１０に記載の択一型選択回路。
12. 前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）は少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ａ、２３１ａ）を備えており、
    前記第１の入力スイッチ（２２５ａ）は、前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）の前記少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ａ、２３１ａ）の最初のインバータ（２２９ａ）の入力に結合されており、
    前記第１のフィードバックスイッチ（２３３ａ）は、前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）の前記少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ａ、２３１ａ）の最後のインバータ（２３１ａ）の出力と、前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）の前記最初のインバータ（２２９ａ）の前記入力との間に接続されており、
    前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）は少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ｂ、２３１ｂ）を備えており、
    前記第２の入力スイッチ（２２５ｂ）は、前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ｂ、２３１ｂ）の最初のインバータ（２２９ｂ）の入力に結合されており、
    前記第２のフィードバックスイッチ（２３３ｂ）は、前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記少なくとも２つの直列接続されたインバータ（２２９ｂ、２３１ｂ）の最後のインバータ（２３１ｂ）の出力と、前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記最初のインバータ（２２９ｂ）の前記入力との間に接続されている請求項１１に記載の択一型選択回路。
13. 前記第１の出力回路（１０７ａ）は、前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）の前記最初のインバータ（２２９ａ）の出力に結合されており、前記第１のラッチ（２０１ａ）の前記非透過動作状態において前記第１のフィードバックループ（２２７ａ）の前記最初のインバータ（２２９ａ）の前記出力でのレベルに応じて前記第１のシフトレジスタ出力（１１１ａ）にもたらされる前記レベルを出力する請求項１２に記載の択一型選択回路。
14. 前記第２の出力回路（２０７ｂ）は、前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の最後のインバータの出力に結合されており、前記第２のラッチ（２０１ｂ）の前記非透過動作状態において前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記最後のインバータの前記出力でのレベルに応じて前記第２のシフトレジスタ出力（１１１ｂ）にもたらされる前記レベルを出力する請求項１２又は１３に記載の択一型選択回路。
15. 第３のシフトレジスタ出力（２４１）が前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記最初のインバータ（２２９ｂ）の出力に結合されて、前記第３のシフトレジスタ出力（２４１）でのレベルが前記第２のフィードバックループ（２２７ｂ）の前記最初のインバータ（２２９ｂ）の前記出力でのレベルに基づき、かつ、前記２つの出力回路（２０７ａ、２０７ｂ）のスイッチング状態とは独立であるようになっている請求項１２から１４のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
16. 前記第１のラッチ（２０１ａ）は、前記第１のラッチ（２０１ａ）の出力（１０９ａ）に印加されるレベルが前記第２のラッチ（２０１ｂ）のデータ入力（１０３ｂ）に印加されるレベルと等しくなるように、前記第２のラッチ（２０１ｂ）に直接接続されている請求項１から１５のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
17. 前記第１の出力回路（２０７ａ）の第１の入力（２３７ａ）は前記第１のラッチ（２０１ａ）の出力（１０９ａ）に直接接続されており、
    前記第２の出力回路（２０７ｂ）の第１の入力（２３７ｂ）は前記第２のラッチ（２０１ｂ）の出力（１０９ｂ）に直接接続されている請求項１から１６のいずれか一項に記載の択一型選択回路。
18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載の択一型選択回路をもった画像センサ。
19. 請求項１から１７のいずれか一項に記載の択一型選択回路をもったマルチプレクサ。

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