JPH01206717A - データラッチ回路及びシフト回路 - Google Patents

データラッチ回路及びシフト回路

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JPH01206717A
JPH01206717A JP63030727A JP3072788A JPH01206717A JP H01206717 A JPH01206717 A JP H01206717A JP 63030727 A JP63030727 A JP 63030727A JP 3072788 A JP3072788 A JP 3072788A JP H01206717 A JPH01206717 A JP H01206717A
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circuit
data latch
flip
input
flop circuit
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JP63030727A
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Noboru Miyamoto
昇 宮本
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマスク・スレーブ型のデータラッチ回路及びテ
ークラッチ回路を含むシフト回路に係り、さらにはそれ
らにおけるレーシング防止技術に関し、例えはシフI・
レジスタを含む半導体集積回路に適用して有効な技術に
関するものである。
〔従来技術〕
第7図に示される従来のマスク・スレーブ型データラッ
チ回路は、タロツク信号φによって入力信号りの取り込
みを行う入力用クロックドインバータ1と、その出力信
号を受けるインバータ2と、反転されたクロック信号φ
によって」二足インバータ2の出力信号をその入力端子
に帰還させる帰還用クロックドインバータ3とから成る
フリップフロップ回路をマスタフリップフロップ回路M
FFとし、同様の回路構成を持つクロックドインバータ
4,5及びインバータ6から成るフリップフロップ回路
に、上記マスタフリップフロップ回路MFFのタロツク
信号φ、φに対して逆位相のクロック信号φ、φを供給
してスレーブフリップフロップ回路SFFとする。
第7図のデータラッチ回路において、タロツクIくイン
バータ1及び6か夫々高出力インピーダンス状態に制御
され、クロックドインバータ3及び4が夫々入力に対し
て反転出力可能に制御されている状態で、次にクロック
信号φ、φが大々反転されると、マスタフリップフロッ
プ回路MFFのラノチデータがスレーフフリノブフロツ
ブ回S I”Fにラッチされることになるが、このとぎ
タロツク1〜インバータ1からマスタフリップフロップ
回路MFFに供給されるテークがスレーブフリップフロ
ップ回路S FFに取り込まれると所謂レーシングを起
こす。
例えばノードN1−かハイレベル、ノー+−N 2がロ
ーレベル、ノー+: N 3かハイレベル、そしてノー
1〜N4がローレベルに確定されている状態を初期状態
としてタロツク信号φ、φか夫々反転されてハイレベル
の入力信号りがマスタフリップフロップ回路M FFに
取り込まれるとき、ノートN1及びN3のレベル変化を
検討すると、ノードN1のレベル変化は、クロック1−
インバータ]に含まれたターン・オンすべきスイッチ素
子による回路の接地端子へのディスチャージ動作と、タ
ロツクI−インバータ3に含まれたターン・オフすべき
スイッチ素子による回路の電源端子からのチャージ動作
とによって決定され、さらに詳しくは両スイッチ素子の
コンタクタンスの比に従って決定される。ノードN1の
レベルが変化されるとき、レーシングを生ずるか否かは
ノートN1の変化に追従してノートN3にレベル変化を
生ずるか否かで決まる。位相関係が上記ノートN1の場
合とは逆にされたタロツク信号の変化に従ったノー1く
N3のレベル変化は、クロックドインバータ4に含まれ
たターン・オフすべきスイッチ素子による回路の接地端
子へのディスチャージ動作と、クロックドインバータ6
に含まれたターン・オンすべきスイッチ素子による回路
の電源端子からのチャージ動作とによって決定され、さ
らに詳しくは両スイッチ素子のコンダクタンスの比に従
って決定される。
ここで、ノートN]−の変化がスレーブフリップフロッ
プ回路SFFの入力端子に伝達される場合におけるノー
1〜N3のレベル変化の直流的推移について検討すると
、第8図に示されるようにその直流的推移は相互に逆に
なる。したがって、ノー1りN]−の変化がスレーブフ
リップフロップ回路SFFに伝達されるまでには火祭に
ある程度の時間がかかるか、タロツク信号φ、φの位相
がすれていたり、その変化が緩慢であったりすると、レ
ーシングを生ずる虞のあることか明らかにされた。
このため、第7図に示されるような従来のデータラッチ
回路においてレーシングを防止するためには、帰還用イ
ンバータ側のコンダクタンスを大きくして、その入力信
号に対する感度を低くしたり、タロツク信号の立ち」二
かり変化や立ち下がり変化の短縮化、さらには相互に位
相のずれを極力無くすことが必要になり、レーシング防
止のためにクロック発生回路が複雑化したり、データラ
ッチ回路自体が大型化するという問題かあった。第7図
に示されるような回路について記載された文献の例とし
ては特開昭60−198916号公報がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
そこで本発明者は、先の出願(特願昭60−25077
0号)において、クロック信号により入力信号を伝える
入力回路と、この入力回路の出力信号を受けるインバー
タと、上記クロック信号の反転信号によって上記インバ
ータの出力信号をその入力に帰還させる帰還回路とから
成るマスク・スレーブフリップフロップ回路に、上記イ
ンバータ回路の出力信号を反転させて出力する出力回路
を設けて成る構成を提案した。斯る構成において、マス
タフリップフロップ回路とスレーブフリップフロップ回
路との間に新たに挿入された出力回路は、第7図に示さ
れるノー1〜N1及びN3に呼応するノー)・の直流的
推移を全く同じようにする作用があり、これによって、
レーシングを防止するものである。
しかしながら、この技術を更に検討した結果、出力回路
を設けると、データラッチ回路さらにはこれを直列接続
したシフトレジスタが大型化するという点を見出した。
本発明の目的は、回路素子を特別に増やすこと無く簡単
にレーシングを防止することができるデータラッチ回路
、さらにはこれを適用したシフトレジスタやバイナリカ
ウンタのようなシフト回路を提供することにある。
本発明の前記並びにそのほかの目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、クロック信号により入力信号を伝える入力回
路と、上記入力回路の出力信号を受けるインバータ回路
と、上記クロック信号の反転信号によって上記インバー
タ回路の出力信号をその入力に帰還させる帰還回路とを
備えたマスタフリップフロップ回路と、上記クロック信
号と逆位相のクロック信号が夫々供給され上記マスタフ
リップフロップ回路と同様な回路構成のスレーブフリッ
ププロップ回路とを含み、−に記マスタフリップフロッ
プ回路における入力回路の出力端子を、スレー7= 一ブフリップフロップ回路におれる入力回路の入力端子
に結合してデータラッチ回路を構成する。
このデータラッチ回路は、直列接続することによってシ
フ1−レジスタのようなシフト回路に適用される。この
場合に、前段と後段のデータラッチ回路の間に上記スレ
ーブフリップフロップ回路又はマスタフリップフロップ
回路をハーフラッチ回路として挿入することができる。
さらに、上記データラッチ回路における最終段を構成す
るスレーブフリップフロップ回路にマスタフリップフロ
ップ回路を接続し、当該マスタフリップフロップ回路の
出力端子を初段のマスタフリップフロップ回路の入力端
子に帰還接続してバイナリカウンタのようなシフト回路
に適用することができる。
〔作 用〕
上記したデータラッチ回路及びシフト回路によれば、マ
スタフリップフロップ回路における入力回路の出力ノー
ドと、スレーブフリップフロップ回路における入力回路
の出力ノードとは、前者の出カッ−1−の変化がスレー
ブフリップフロップ回路の入力端子に伝達される場合に
おいて、相互のレベル変化の直流的推移は全く同じとさ
れることにより、クロック信号の変化時に前者の出力ノ
ードの変化は実質的にスレーブフリップフロップ回路に
伝達されず、これによって、回路素子を特別に増やすこ
と無く簡単にレーシングを防止するものである。 1対
のデータラッチ回路相互間でデータやクロック信号が伝
播されるときに不所望な配線抵抗や寄生容量の影響でそ
れらの位相がずれても、データラッチ回路の間に上記ハ
ーフラッチ回路を設けた場合には、当該ハーフラッチ回
路と、その前段のスレーブフリップフロップ回路又はそ
の後段のマスタフリップフロップ回路との間でのレーシ
ングは確実に防止される。これにより、自動レイアウト
される半導体集積回路に最適なシフト回路を提供する。
〔実施例〕
第1図は本発明に係るデータラッチ回路の一実施例を示
す回路図である。同図に示される各回路素子は、特に制
限されないが、公知のCMOS(相補型MO8)菓積回
路製造技術によって1つの半樽体基板に形成されている
第1図に示されるデータラッチ回路DLは、マスタフリ
ップフロップ回路MFFとスレーブフリップフロップ回
路SFFとを備えたマスク・スレーフ形式とされる。
マスタフリップフロップ回路MFFは、クロック信号φ
によって入力信号りの取り込みを行う入力用クロツタ1
〜インバータ】1と、その出力信−号を受けるインバー
タ12と、反転されたクロック信号φによって上記イン
バータ12の出力信号をその入力端子に帰還させる帰還
用クロック1〜インバータ13から構成される。同様に
スレーブフリップフロノブ回路SFFは、クロック信号
φによって人力イa号の取り込みを行う入力用クロック
ドインバータ14と、その出力信号を受けるインバータ
]5と、反転されたタロツク信号φによって上記インバ
ータ]5の出力信号をその入力端子に帰還させる帰還用
クロック1〜インバータ16から構成される。上記スレ
ーブフリップフロツプ回路SFFにおける入力用タロツ
ク1〜インバータJ4の入力端子は、マスタフリップフ
ロップ回路MFFにおける人力用クロックドインバータ
11の出力端子に結合されている。
上記クロック1〜インバータ11及び1Gは第2図に示
されるように、回路の電源端子Vddと回路の接地端子
Gnclどの間に直列接続されたPチャンネル型MO8
FETQI、Q2及びNチャンネル型MO3l?ETQ
3.Q4を含み、MO8FE T Q ]及びQ/]の
グー1〜電極か入力端子とされ、MO8FETQ2及び
Q3のコモントレイン電極が出力端子とされる。−4−
記MO8FETQ2のゲーt〜電極にはクロック信号φ
が供給され、また、M OS F E T Q 3のケ
ーI−電極にはクロック信号φが供給される。
」−記クロック1〜インバータ13及び14は第3図に
示されるように、回路の電源端子Vddと回路の接地端
子Gndとの間に直列接続されたPチャンネル型Mo5
t・’ETQ5.Q6及びNチャンネル型MO5FET
Q7.Q8を含み、MO8F1l− ETQ5及びQ8のゲー1へ電極が入力端子とされ、M
OS FETQ6及びQ7のコモンドレイン電極が出力
端子とされる。上記MO8FETQ6のゲーI−電極に
はタロツク信号φが供給され、また、MO8FETQ7
のゲート電極にはクロック信号φが供給される。
上記インバータ12及び]−5は、特に図示はしないが
、Pチャンネル型MO8FETとNチャンネル型MO8
FETとを回路の電源端子Vddと回路の接地端子Gn
dとの間に直列接続して成るCMO3回路で構成される
第1図のテークランチ回路D Lにおいて、タロツク1
〜インバータ1−1及び」−6が夫々高出力インピータ
ンス状fNに制御され、クロックドインバータ]3及び
14が夫々入力に対して反転出力可能に制御されている
とき、即ちクロック信号φがローレベルにされると共に
クロック信号φかハイレベルにされているとき、次にタ
ロツク信号φ、φが夫々反転されると、マスタフリップ
フロップ回路MFFのラッチテークがスレーブフリップ
フロー]2− ツブ回SFFにラッチされることになる。
例えばノー+: N 11かハイレベル、ノートN12
がローレベル、ノーF N ]、 3かローレベル、そ
してノードN1/]がハイレベルに補完されている状態
を初期状態としてクロック信号φ、φが夫々反転されて
ハイレベルの入力信号りがマスタフリップフロップ回路
MFFに取り込まれるとき、ノー1〜Nilのレベル変
化は、クロックドインバータ11に含まれたターン・オ
ンすべきMO8FETQ3とオン状態を採るMO8FE
TQ4による接地端子Gndへのティスチャージ動作と
、タロツクI−インバータ」−3に含まれたターン・オ
フすべきMO8FETQ6と初期状態においてオン状態
を採るMO8FETQ5による電源端子Vddからのチ
ャージ動作とによって決定され、さらに詳しくはディス
チャージ動作側とチャージ動作側のMOSFETのコン
タクタンスの比に従って決定される。位相関係が」―記
ノードN 1. ]の場合とは逆にされたクロック信号
の変化に従ったノードN 13のレベル変化ば、クロッ
ク1〜インバータ]−6に含まれたターン・オンすべき
MO8FETQ3とオン状態のMO8FETQ4による
接地端子Gndへのティスチャージ動作と、このときの
クロックドインバータ14の出力動作状態とによって決
定される。このクロックドインバータ14の出力状態は
、タロツク信号φ、φによってターン・オフすべきMO
8FETQ6.Q7のスイッチ状態と、ノー+−;NI
Xの変化を受けて制御されるM○5FETQ5.Q8の
相補的スイッチ状態とによって決定される。
ここで、上記クロックドインバータ14の入力端子にロ
ーレベルが与えられるまでにおけるノー+: N ]、
 1とノードN13の直流的なレベル推移は、第4図の
等測的な回路図から明らかなように同一とされる。即ち
、クロックドインバータ13が高出力インピータンス状
態にされてノードNllのレベルがクロックドインバー
タ11の出力動作に従ってローレベルにされるとき、既
にクロックドインバータ14も高出力インピーダンス状
態にされるためにノー+: N 13のレベルはクロッ
ク1ヘインハータ15の出力動作に従って決定される。
したかって、クロック信号φ、φのレベル反転時に、ノ
ー+−N 1 ]の変化はスレーブフリップフロップ回
路SFFには伝達されず、これによってレーシングを防
止する。
第1図に示されるデータラッチ回路DLは、これを直列
に複数個直列接続されることによってシフトレジスタの
ようなシフ1〜回路の単位回路として利用することがで
きる。
第5図はそのようなシフ1〜回路として上記データラッ
チ回路D Lを適用する場合に、前段のデータラッチ回
路DLiと後段のテークラッチ回路Dr=Jとの間に、
上記スレーブフリップフロップ回路SFFをハーフラッ
チ回路HLとして挿入した例を示す回路図である。
データラッチ回路DLが自動レイアウトで配置されると
き、前後に配置されるデータラッチ回路DL1.DLj
のテーク信号線及びクロック信号線に寄生する不所望な
容量成分や抵抗成分に比較的大きなアンバランスを生ず
ることがあり、これによってテークの伝播遅延とクロッ
ク信号の伝播遅延との間に比較的大きな差が生ずる。第
5図の構成においては、後段のデータラッチ回路DLj
に含まれるマスタフリップフロップ回路MFFの前にハ
ーフラッチ回路HLが挿入されていることにより、この
ハーフラッチ回路HLが伝達すべき信号の変化を補って
後段のデータラッチ回路DLjに与えるため、後段のデ
ータラッチ回路DLjが不所望なテークを読み込んだり
、或いは正規のデータを読め込めなかったりする事態が
防止される。
なお、第5図の構成において、前段のデータラッチ回路
DLiに含まれるスレーブフリップフロップ回路SFF
の直後にマスタフリップフロップ回路を挿入してこれを
ハーフラッチ回路HLにしてもよい。
第6図は上記データランチ回路DLを適用して成るバイ
ナリカウンタを示す。
同図に示されるバイナリカウンタは、上記1組みのテー
クランチ回路D L又は直列接続した複数組みのデータ
ラッチ回路DLにおける最終段を構成するスレーブフリ
ップフロップ回路SFFにマスタフリップフロップ回路
MFFを接続し、当該マスタフリップフロップ回路M 
F T”の出力端子を初段のマスタフリップフロップ回
路M F Fの入力端子に帰還接続して成る。斯るバイ
ナリカウンタにおいては、第1図で説明したと同様の作
用によってレーシングを生ぜず、これによって誤動作が
防止される。
上記実施例によれば以下の作用効果を得る。
(1)第1図のデータラッチ回路1) Lにおいて、ノ
ードNilとノー+: N 13の直流的なレベル推移
は同一とされ、クロック1くインバータ13が高出力イ
ンピーダンス状態にされてノードNilのレベルがクロ
ックドインバータ1」の出力動作に従ってローレベルに
されるとき、既にクロックドインバータ14も高出力イ
ンピーダンス状態にされるためにノードN13のレベル
はクロック1ヘインハータ]−5の出力動作に従って決
定されるから、クロック信号φ、φのレベル反転時に、
ノートN]1の変化はスレーフフリップフロソプ回路S
FF内には伝達されず、これによってレーシングを防止
することができる。
(2)レーシング防止対策として特願昭60−2507
70号に開示されているような反転出力回路をマスタフ
リップフロップ回路とスレーブフリップフロップ回路と
の間に特別に設けずに済むから、第7図の回路構成に対
して回路素子を特別に増やすことなくレーシングを防止
することができる。
(3)上記作用効果(1)により、互いに逆相のクロッ
ク信号の変化を急しゅんにしたり、その位相のすれを無
くしたりするための特別なタロツク制御回路か不要にな
るため、回路の簡素化を図ることかできる。
(4)第5図の271〜回路のように、前後に配置され
たデータラッチ回路DL]、DLjO間にマスタフリッ
プフロップ回路MFF又はスレーブフリップフロップ回
路SFFで成るハーフラッチ回路I−T I−1か挿入
されることにより、このハーフラッチ回路I−I Lが
、伝達すAき信号の変化を補って後段のデータラッチ回
路F)r、 Jに与えるため、後段のデータランチ回路
r〕r、 Jが不所望なデータを読み込んだり、或いは
正規のデータを読み込めなかったりする事態を防止する
ことができる。
(5)」−記作用効果(4)より、データランチ回路1
) Lが自動レイアラI・で配置されるとき、前後に配
置されるデータラッチ回路DLi、DLjのデータ信号
線及びクロック信号線に寄生する不所望な容量成分や抵
抗成分に比較的大きなアンバランスを生ずることにより
、データの伝播遅延とクロック信号の伝播遅延との間に
比較的大きな差が生しても、これによる誤動作は完全に
防止され、ひいては、自動レイアラ1〜される半導体集
積回路に最適な271〜回路を提供することができる。
(6)第1図に示されるデータランチ回路が適用された
バイナリカウンタは、その閉ループにおいて一切レーシ
ングを生じないことにより、その誤動作を確実且つ簡単
に防止することができる。
以」二本発明者によってなされた発明を実施例に基つい
て具体的に説明したが本発明はそれに限定されずその要
旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる
例えば上記実施例のインバータやクロックドインバータ
はCMO8回路以外の回路であってもよい。また、入力
回路と帰還回路はクロックドインバータに代えてスタテ
ィックインバータ回路とその入力又は出力に設けられた
CMO8+−ランスフアゲ−I〜によって構成してもよ
い。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるデータランチ回路や
シフ1−回路に適用した場合について説明したか、本発
明はこれに限定されるものではなく、それらを含む各種
半導体集積回路に適用することかできる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、マスタフリップフロップ回路に含まれる入力
回路の出力信号をスレーブフリップフロップ回路に伝達
するように構成されることにより、マスク側がデータを
取り込み可能なとき、スレーブ側は実質的にデータを取
り込み不可能な状態にされるから、これによって]相ク
りック信号によるレーシングの発生を、特別に回路素子
を増やすこと無く確実に防止することができるという効
果がある。
したがって、このデータラッチ回路を適用したシフ1〜
レジスタやバイナリカウンタのようなシフ1〜回路にお
いては、レーシングの発生に起因した誤動作を確実に防
止することができる。
本発明に係るデータラッチ回路を直列接続することによ
ってシフ1−レジスタのようなシフlへ回路に適用する
場合に、前段と後段のデータラッチ回路の間に上記スレ
ーブフリップフロップ回路又はマスタフリップフロップ
回路をハーフランチ回路として挿入することにより、1
対のデータラッチ回路相互間でデータやクロック信号が
伝播されるときに不所望な配線抵抗や寄生容量の影響で
それらの位相がすれても、当該ハーフラッチ回路が、伝
達すべき信号の変化を補って後段のデータラッチ回路に
与えるため、後段のデータラッチ回路が不所望なデータ
を読み込んだり、或いは正規のデータを読み込めなかっ
たりする事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るデータラッチ回路の一実施例を示
す回路図、 第2図はデータラッチ回路に含まれる一方のクロックド
インバータの回路図、 第3図はデータラッチ回路に含まれる他方のクロック1
〜インバータの回路図、 第4図はデータラッチ回路におけるマスク側及びスレー
ブ側のノート変化を説明するための等価回路図、 第5図は第1図のデータラッチ回路を適用したシフ1〜
回路にハーフラッチ回路を設けた場合の回路図、 第6図は第1図のデータラッチ回路を適用したバイナリ
カウンタの回路図、 第7図は従来のデータラッチ回路の一例を示す回路図、 第8図は第7図のデータラッチ回路におけるマスク側及
びスレーブ側のノー1く変化を説明するための等価回路
図である。 DL ・データラッチ回路、MFF・・マスタフリップ
フロップ回路、SFF・スレーブフリップフロップ回路
、11.14・・入力用クロックドインバータ、12.
15・インバータ、13.16・・帰還用クロックドイ
ンバータ、φ、φ クロック信号、HL ・ハーフラッ
チ回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、クロック信号により入力信号を伝える入力回路と、
    上記入力回路の出力信号を受けるインバータ回路と、上
    記クロック信号の反転信号によって上記インバータ回路
    の出力信号をその入力に帰還させる帰還回路とを備えた
    マスタフリップフロップ回路と、上記クロック信号と逆
    位相のクロック信号が夫々供給され上記マスタフリップ
    フロップ回路と同様な回路構成のスレーブフリップフロ
    ップ回路とを含み、上記マスタフリップフロップ回路に
    おける入力回路の出力端子を、スレーブフリップフロッ
    プ回路におれる入力回路の入力端子に結合したデータラ
    ッチ回路。 2、データラッチ回路を複数組備え、前段のデータラッ
    チ回路に含まれるスレーブフリップフロップ回路におけ
    る入力回路の出力端子を後段のデータラッチ回路に含ま
    れるマスタフリップフロップ回路における入力回路の入
    力端子に結合して成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のシフト回路。 3、1対のデータラッチ回路の間に、特許請求の範囲第
    1項記載のスレーブフリップフロップ回路又はマスタフ
    リップフロップ回路をハーフラッチ回路として挿入した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のシフト回
    路。 4、1組のデータラッチ回路又は直列接続した複数組み
    のデータラッチ回路における最終段を構成するスレーブ
    フリップフロップ回路にマスタフリップフロップ回路を
    接続し、当該マスタフリップフロップ回路の出力端子を
    初段のマスタフリップフロップ回路の入力端子に帰還接
    続することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のシ
    フト回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5250852A (en) * 1992-04-16 1993-10-05 Texas Instruments Incorporated Circuitry and method for latching a logic state
US6459316B1 (en) * 2000-12-08 2002-10-01 Intel Corporation Flip flop circuit
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