JPH0253965B2 - - Google Patents

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JPH0253965B2
JPH0253965B2 JP54169064A JP16906479A JPH0253965B2 JP H0253965 B2 JPH0253965 B2 JP H0253965B2 JP 54169064 A JP54169064 A JP 54169064A JP 16906479 A JP16906479 A JP 16906479A JP H0253965 B2 JPH0253965 B2 JP H0253965B2
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JP
Japan
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transistor
transistors
transistor pair
input terminal
flip
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JP54169064A
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Japanese (ja)
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JPS5691526A (en
Inventor
Minoru Yamamoto
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0253965B2 publication Critical patent/JPH0253965B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMIS型トランジスタを用いたフリツプ
フロツプ回路特に高速、低消費電力の双安定フリ
ツプフロツプに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a flip-flop circuit using MIS type transistors, and particularly to a high-speed, low-power consumption bistable flip-flop circuit.

双安定フリツプフロツプはメモリ用IC又はLSI
においてメモリセルを構成する基本単位として用
いられるのみならず、ロジツク回路においてもデ
ータを一時的に記憶するラツチ回路、あるいはレ
ジスタの構成要素として賞用される。このことか
ら一般に双安定フリツプフロツプ(以下単にフリ
ツプフロツプと呼ぶ)に要求される特性には高速
性、低電力性、低占有面積がある。従来この種の
回路には、2つの単一電導型チヤネルMISトラン
ジスタよりなるインバータ回路の入、出力を交叉
結合することにより実現されるもの(第1図)が
あるが、この構成は常にどちらかのインバータが
電流を消費しており、又高速性を得るにはこの電
流を増加させる必要がある。従つてこの種のフリ
ツプフロツプでは高速性と低消費電力は相反する
条件となる。この点第2図に示すCMOS型フリ
ツプフロツプであれば静的には電力を消費しない
から、高速性、低電力性を共に満足することがで
きる。しかしCMOS型回路はpチヤネルとnチ
ヤネルのトランジスタが混用して用いられるた
め、製造プロセスが複雑となる。又特別な素子間
分離が必要なため占有面積が大きいという欠点が
ある。
Bistable flip-flops are memory ICs or LSIs.
It is used not only as a basic unit for configuring memory cells, but also as a constituent element of registers or latch circuits that temporarily store data in logic circuits. For this reason, the characteristics generally required of bistable flip-flops (hereinafter simply referred to as flip-flops) include high speed, low power consumption, and small occupied area. Conventionally, this type of circuit has been realized by cross-coupling the input and output of an inverter circuit consisting of two single-conductivity channel MIS transistors (Fig. 1), but this configuration always involves one or the other. The inverter consumes current, and this current needs to be increased to achieve high speed. Therefore, in this type of flip-flop, high speed and low power consumption are contradictory conditions. In this respect, the CMOS type flip-flop shown in FIG. 2 does not statically consume power, so it can satisfy both high speed and low power consumption. However, since CMOS type circuits use a mixture of p-channel and n-channel transistors, the manufacturing process becomes complicated. Another disadvantage is that it occupies a large area because it requires special isolation between elements.

この点を更に詳細に説明すると、第1図に示す
従来のフリツプフロツプは単一導電型チヤネルの
MISトランジスタ31〜34で構成され、電源3
5,36間にそれぞれ直列接続されたトランジス
タ31,32及び33,34からなる2つのイン
バータを交叉結合する。図では一例としてE/D
型回路を示しており、従つてトランジスタ31,
33はデイプリシヨン型で常にオンであり、また
トランジスタ32,34はエンハンスメント型
で、ゲート電圧が正の或る値以上か以下かにより
オン又はオフの状態をとる。かゝる2個のインバ
ータの交叉結合の結果、このフリツプフロツプは
例えばトランジスタ32がオンならトランジスタ
34はオフとなり、出力37は低レベル、又出力
38は高レベルを発生する。この種のフリツプフ
ロツプの欠点は、静的な状態においてもトランジ
スタ31,32の直流電流パス(トランジスタ3
4がオンのときは逆側)が存在するため常に電力
を消費する点である。しかもこの電流値はトラン
ジスタの動作設定に深く関係するもので、フリツ
プフロツプの動作を高速化させるには負荷のデイ
プリシヨントランジスタ31,33の抵抗を下げ
る必要があり、一方これは消費電力の増加を招
く。
To explain this point in more detail, the conventional flip-flop shown in FIG.
Consists of MIS transistors 31 to 34, power supply 3
Two inverters each consisting of transistors 31, 32 and 33, 34 connected in series between transistors 5 and 36 are cross-coupled. In the figure, E/D is shown as an example.
type circuit, thus transistors 31,
The transistors 33 are depletion type and are always on, and the transistors 32 and 34 are enhancement type and turn on or off depending on whether the gate voltage is above or below a certain positive value. As a result of the cross-coupling of these two inverters, this flip-flop will, for example, turn on transistor 32 and turn off transistor 34, producing a low level at output 37 and a high level at output 38. The disadvantage of this type of flip-flop is that even in a static state, the DC current path of transistors 31 and 32 (transistor 3
4 is on the opposite side), so power is always consumed. Moreover, this current value is closely related to the operation settings of the transistors, and in order to speed up the operation of the flip-flop, it is necessary to lower the resistance of the load depletion transistors 31 and 33. On the other hand, this increases the power consumption. invite

また第2図はCMOS回路を用いた従来のフリ
ツプフロツプの例であるが、トランジスタ41,
43はpチヤネルMIS型FET、トランジスタ4
2,44はnチヤネルMIS型FETである。この
回路の2つの安定状態のうちの1つはトランジス
タ42がオンでトランジスタ43もオン、トラン
ジスタ41,44はオフの状態である。従つて静
的には直流電流パスはなく、電力消費は一部のリ
ーク電流を補う程度で済み、原理的には存在しな
い。このためCMOS回路を用いたフリツプフロ
ツプでは、高速化をはかるため負荷トランジスタ
の抵抗を小さくしても静的に電力を消費しないか
ら、消費電力の時間平均はきわめて小さくなる。
しかしながらCMOS回路はpチヤネルとnチヤ
ネルの2つの電導型チヤネルのMISトランジスタ
が混在するため、製造プロセス上問題点が多いの
は前述した通りである。
FIG. 2 is an example of a conventional flip-flop using a CMOS circuit, with transistors 41,
43 is p-channel MIS type FET, transistor 4
2 and 44 are n-channel MIS type FETs. One of the two stable states of this circuit is when transistor 42 is on, transistor 43 is also on, and transistors 41 and 44 are off. Therefore, statically there is no direct current path, power consumption is only to compensate for some leakage current, and in principle it does not exist. For this reason, flip-flops using CMOS circuits do not statically consume power even if the resistance of the load transistor is reduced in order to increase speed, so the time average of power consumption is extremely small.
However, as mentioned above, since the CMOS circuit includes MIS transistors of two conductivity type channels, p-channel and n-channel, there are many problems in the manufacturing process.

本発明は、従来のフリツプフロツプのかゝる欠
点を改善し、単一電導型MISトランジスタのみで
構成したフリツプフロツプの静的消費電力を極端
に減少させ、しかも高速で、低消費電力である点
を共に満足させようとするもので、単一電導型チ
ヤネルのMIS型トランジスタ2個を備え、その電
源正側端子に接続されるエンハンスメント型に近
いデイプリシヨン型のトランジスタのゲートを正
入力端子、電源負側端子に接続されるエンハンス
メント型トランジスタのゲートを負入力端子、こ
れらトランジスタの直列接続点を出力端子とする
トランジスタペアを、電源の正負端子間に4個並
列接続し、そして第1のトランジスタペアの負入
力端子と第2のトランジスタペアの正入力端子と
第4のトランジスタペアの出力端子、および第1
のトランジスタペアの正入力端子と第2のトラン
ジスタペアの負入力端子と第3のトランジスタペ
アの出力端子、および第1のトランジスタペアの
出力端子と第3のトランジスタペアの正入力端子
および第4のトランジスタペアの負入力端子、お
よび第2のトランジスタペアの出力端子と第3の
トランジスタペアの負入力端子と第4のトランジ
スタペアの正入力端子とをそれぞれ接続してなる
ことを特徴とするが、以下図示の実施例を参照し
ながらこれを詳細に説明する。
The present invention improves these drawbacks of conventional flip-flops, dramatically reduces the static power consumption of flip-flops composed of only single-conductivity type MIS transistors, and satisfies both high speed and low power consumption. It is equipped with two single-conductivity channel MIS type transistors, and connects the gate of a depletion type transistor similar to an enhancement type transistor connected to the positive terminal of the power supply to the positive input terminal and the negative terminal of the power supply. Four transistor pairs are connected in parallel between the positive and negative terminals of the power supply, with the gate of the enhancement type transistor to be connected as the negative input terminal, and the series connection point of these transistors as the output terminal, and the negative input terminal of the first transistor pair. , the positive input terminal of the second transistor pair, the output terminal of the fourth transistor pair, and the first
the positive input terminal of the transistor pair, the negative input terminal of the second transistor pair, the output terminal of the third transistor pair, and the output terminal of the first transistor pair, the positive input terminal of the third transistor pair, and the fourth The negative input terminal of the transistor pair, the output terminal of the second transistor pair, the negative input terminal of the third transistor pair, and the positive input terminal of the fourth transistor pair are connected, respectively. This will be explained in detail below with reference to the illustrated embodiments.

第3図は本発明の一実施例を示す回路図で、8
個の単一電導型本例ではnチヤネル型のMIS型ト
ランジスタ1〜8でフリツプフロツプ回路を構成
する。トランジスタ1,3,5,7はそれぞれト
ランジスタ2,4,6,8と直列接続されてトラ
ンジスタペアT1〜T4を構成する。このトランジ
スタペアT1〜T4はそれぞれインバータ動作する
もので、電源の正側端子9と負側端子10との間
に並列接続される。トランジスタ1,3,5,7
の各ゲートはトランジスタペアT1〜T4の正入力
端子(H入力でH出力を生じる端子)であり、ま
たトランジスタ2,4,6,8の各ゲートはそれ
らの負入力端子(H入力でL出力を生じる端子)
である。そして各トランジスタペアT1〜T4の直
列接続点、例えばT1についてはトランジスタ1,
2の直列接続点pが出力端子である。これらのト
ランジスタペアT1〜T4は第1のトランジスタペ
アT1の出力端子を線11でトランジスタ5,8
の各ゲートに接続し、また第4のトランジスタペ
アT4の出力端子を線14でトランジスタ3,2
の各ゲートに接続し、そして第2のトランジスタ
ペアT2の出力端子を線12でトランジスタ6,
7の各ゲートに接続し、更に第3のトランジスタ
ペアT3の出力端子を線13でトランジスタ4,
1の各ゲートに接続する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
In this example, a flip-flop circuit is composed of n-channel MIS type transistors 1 to 8 of single conductivity type. Transistors 1, 3, 5, and 7 are connected in series with transistors 2, 4, 6, and 8, respectively, to form transistor pairs T1 to T4 . Each of the transistor pairs T 1 to T 4 operates as an inverter, and is connected in parallel between the positive terminal 9 and the negative terminal 10 of the power supply. Transistor 1, 3, 5, 7
Each gate of transistors T 1 to T 4 is a positive input terminal (a terminal that produces an H output at an H input), and each gate of transistors 2, 4, 6, and 8 is their negative input terminal (a terminal that produces an H output at an H input). (terminal that produces L output)
It is. And the series connection point of each transistor pair T 1 to T 4 , for example, for T 1 , transistor 1,
The series connection point p of 2 is an output terminal. These transistor pairs T 1 to T 4 connect the output terminals of the first transistor pair T 1 to transistors 5, 8 by line 11.
and the output terminal of the fourth transistor pair T 4 is connected by line 14 to each gate of transistors 3 and 2.
and connect the output terminal of the second transistor pair T 2 by line 12 to each gate of transistor 6,
7 and further connect the output terminal of the third transistor pair T 3 by a line 13 to each gate of transistors 4,
Connect to each gate of 1.

上記のように構成されたフリツプフロツプ回路
は双安定型であり、その一方の安定状態ではトラ
ンジスタ2,3,6,7がオンでトランジスタ
1,4,5,8がオフである。このようになるの
は第3図から明らかなように、線14がHで線1
1がLならトランジスタ2,3がオン、5,8が
オフ、従つて線12がHでトランジスタ6,7が
オン、従つて線13がLでトランジスタ4,1が
オフ、に依る。また他方の安定状態ではトランジ
スタ1〜8は全てこの逆となる。即ち線11が
H、線14がLなら、トランジスタ5,8がオ
ン、3,2がオフ、従つて線13がHでトランジ
スタ4,1がオン、従つて線12がLでトランジ
スタ6,7がオフになる。
The flip-flop circuit constructed as described above is bistable, and in one stable state, transistors 2, 3, 6, and 7 are on and transistors 1, 4, 5, and 8 are off. As is clear from Fig. 3, this happens because line 14 is H and line 1 is
If 1 is low, transistors 2 and 3 are on and transistors 5 and 8 are off, so line 12 is high and transistors 6 and 7 are on, and line 13 is low and transistors 4 and 1 are off. In the other stable state, transistors 1 to 8 are all reversed. That is, if line 11 is high and line 14 is low, transistors 5 and 8 are on and transistors 3 and 2 are off, so line 13 is high and transistors 4 and 1 are on, and line 12 is low and transistors 6 and 7 are on. is turned off.

これら安定状態間の遷移動作は通常のフリツプ
フロツプと同様に行なわれるが、動作はダイナミ
ツク的である。即ち遷移時には大きな電流が流れ
るが、遷移後は極めて小さな電流に制限される。
この遷移後の微小電流通電は安定な動作を保証す
るためのものであり、この目的でトランジスタ
1,3,5,7を僅かではあるがデイプレツシヨ
ン型とする、即ちゲート、ソース間電圧が零でも
μAオーダーのドレイン電流が流れるようにする。
トランジスタ2,4,6,8はエンハンスメント
型である。トランジスタ1,3,5,7もエンハ
ンスメント型にすると第2図のCMOS型フリツ
プフロツプのように遷移後は電流零の利点が得ら
れるが、本回路ではこの場合次の様な問題が生ず
る。即ち、例えばトランジスタ1がオン、トラン
ジスタ2がオフ状態を考えると、これらのトラン
ジスタペアT1の出力はHであるが、トランジス
タ1がエンハンスメント型であるとこのHレベル
出力はVccからトランジスタ1のVth分低下した
値であるので、これをトランジスタペアT3のト
ランジスタ5のゲートに印加してもそのソース電
圧がトランジスタ6オフでHレベル(これもVcc
−Vth)であるから、トランジスタ5のゲート、
ソース間に電位差はなく、従つてトランジスタ5
はオン状態を保てない(エンハンスメント型であ
るから)。トランジスタ5がオンでなければトラ
ンジスタ1のゲート電圧もHとならないのでトラ
ンジスタ1もオン状態を維持できない。同様のこ
とはトランジスタペアT2,T4間についても云え
るので、結局定常的に情報を保持することは不能
となる。これを避けるためにはトランジスタ1,
3,5,7をわずかにオン電流が流れる程度のデ
イプレツシヨン型にする。これで、上記Vth分低
下の問題はなくなる。また、このようにするとエ
ンハンスメント型トランジスタがオン状態のトラ
ンジスタペアには定常時にも電流が流れるが、そ
の値はリーク電流(言うまでもなくトランジスタ
や配線の絶縁抵抗は無限大ではないからリーク電
流はある)を補う程度でよい(補えなければ勿論
Hレベルのレベル低下がある)から遷移時の大電
流(これは高速化を図るために10mA程度とす
る)に対し1μA以下の微小値で充分であり、定常
時の消費電流を第1図のフリツプフロツプよりは
遥かに低減でき第2図のそれに近付けることがで
きる。
The transition operation between these stable states is performed in the same way as a normal flip-flop, but the operation is dynamic. That is, a large current flows during the transition, but the current is limited to an extremely small amount after the transition.
The small current flow after this transition is to ensure stable operation, and for this purpose, transistors 1, 3, 5, and 7 are made to be depletion type, albeit slightly, that is, even if the voltage between the gate and source is zero, Allow a drain current on the order of μA to flow.
Transistors 2, 4, 6, and 8 are of the enhancement type. If the transistors 1, 3, 5, and 7 are also of the enhancement type, the advantage of zero current after transition can be obtained as in the CMOS flip-flop shown in FIG. 2, but in this case, the following problem occurs in this circuit. That is, for example, considering that transistor 1 is on and transistor 2 is off, the output of these transistor pair T1 is H, but if transistor 1 is an enhancement type, this H level output will vary from Vcc to Vth of transistor 1. Therefore, even if this is applied to the gate of transistor 5 of transistor pair T3 , its source voltage will be at H level when transistor 6 is off (this is also Vcc
-Vth), so the gate of transistor 5,
There is no potential difference between the sources, so transistor 5
cannot remain on (because it is an enhancement type). If the transistor 5 is not on, the gate voltage of the transistor 1 will not become H, so the transistor 1 cannot be maintained in the on state either. The same thing can be said about the transistor pair T 2 and T 4 , so it becomes impossible to constantly hold information. To avoid this, transistor 1,
3, 5, and 7 are of depletion type so that only a slight on-current flows. This eliminates the problem of Vth drop mentioned above. Also, if you do this, current will flow through the transistor pair where the enhancement type transistor is in the on state even in steady state, but the value is a leakage current (needless to say, the insulation resistance of the transistors and wiring is not infinite, so there is a leakage current) It is sufficient to compensate for this (if it cannot be compensated, of course there will be a drop in the H level), so a small value of 1 μA or less is sufficient for the large current at the time of transition (this is set to about 10 mA to increase speed). The current consumption during steady state can be much lower than that of the flip-flop shown in FIG. 1, and can approach that of the flip-flop shown in FIG.

このフリツプフロツプではトランジスタペア
T1〜T4を構成する2つのトランジスタ1と2,
3と4,5と6,7と8は常に一方がオンで他方
はオフである(デプレツシヨン型に関しては前述
したような不完全なオフ)から、このフリツプフ
ロツプで静的に消費する電力はデイプレツシヨン
トランジスタの小電流のみであり、これは前述の
如くごくわずかに設定できる。従つて負荷トラン
ジスタの抵抗を減じることにより動的な電流を増
加させて高速化しても、時間平均した消費電力は
ごくわずかになる。即ち、本回路を使用するに当
り電源から大きな電流が流れるのは回路がオンか
らオフ又はオフからオンに遷移する瞬間のみであ
る。尚、本フリツプフロツプ回路を使用する際
は、相補関係にある線11と12,13と14,
11と14,12と13の対のいずれかを外部入
出力端子にそれぞれ接続すればよい。
In this flip-flop, the transistor pair
Two transistors 1 and 2 forming T 1 to T 4 ,
Since one of 3 and 4, 5 and 6, and 7 and 8 is always on and the other is off (incomplete off as described above for the depletion type), the static power consumed by this flip-flop is the depletion type. There is only a small current in the transmission transistor, which can be set to a very small amount as described above. Therefore, even if the dynamic current is increased and the speed is increased by reducing the resistance of the load transistor, the time-averaged power consumption will be negligible. That is, when using this circuit, a large current flows from the power supply only at the moment when the circuit transitions from on to off or from off to on. When using this flip-flop circuit, the lines 11 and 12, 13 and 14, which are in a complementary relationship,
Either one of the pairs 11 and 14 or 12 and 13 may be connected to the external input/output terminal, respectively.

第4図は第3図の回路図をIC化した場合の平
面パターン例であり、斜線を付して示す15はト
ランジスタ1〜8のソースおよびドレイン拡散領
域、16は拡散領域15とアルミニウムの電源線
9,10とのコンタクト穴、17は例えば多結晶
シリコンからなる前述した線11〜14(トラン
ジスタ1〜8のゲート電極でもある)と拡散領域
15との直接コンタクト穴であり、この部分はト
ランジスタペアT1〜T4の直列接続点、つまり出
力端子である。
FIG. 4 is an example of a plane pattern when the circuit diagram of FIG. 3 is made into an IC, where 15 shown with diagonal lines is the source and drain diffusion region of the transistors 1 to 8, and 16 is the diffusion region 15 and the aluminum power source. The contact holes 17 with the lines 9 and 10 are direct contact holes between the aforementioned lines 11 to 14 (which are also the gate electrodes of the transistors 1 to 8) made of polycrystalline silicon, for example, and the diffusion region 15; This is the series connection point of the pairs T 1 to T 4 , that is, the output terminal.

第5図は第3図のフリツプフロツプをスタテイ
ツク型メモリセルの要部とした応用例であり、セ
ル全体としてはトランスフアーゲート用のトラン
ジスタ19,20を加えた10素子からなる。同図
で18はトランジスタ19,20を制御するワー
ド線、21,22はトランジスタ19,20を介
してトランジスタペアT1〜T4からなるフリツプ
フロツプにおける線11〜14の前述した任意の
組合わせに接続されるビツト線対である。このメ
モリセルは10個のトランジスタを必要とするので
通常の6トランジスタセルより4素子分大面積化
するように思われるが、実際にはそれよりはるか
に小面積化され得る。
FIG. 5 shows an application example in which the flip-flop shown in FIG. 3 is used as a main part of a static type memory cell, and the entire cell consists of 10 elements including transistors 19 and 20 for transfer gates. In the figure, 18 is a word line that controls transistors 19 and 20, and 21 and 22 are connected via transistors 19 and 20 to any combination of lines 11 to 14 in a flip-flop consisting of transistor pairs T 1 to T 4 . This is a bit line pair. Since this memory cell requires 10 transistors, it seems that the area is four elements larger than that of a normal six-transistor cell, but in reality, the area can be much smaller than that.

つまり、本発明のトランジスタペアT1〜T4
構成する各2個のトランジスタは相補的に働くの
で、トランジスタの基板効果を無視すれば本質的
に同じ寸法のトランジスタを2個配置すればよ
く、従つて各構成要素であるトランジスタはプロ
セス技術的に最小寸法で作られるトランジスタを
用いればよい。このため従来のフリツプフロツプ
に比べて素子数が2倍に増加するが占有面積は2
倍以下である。例えば第1図のE/D型フリツプ
フロツプを例にとると、製造可能な最小寸法が
2μmであれば、ドライバートランジスタ32,
34はゲート長2μm、ゲート幅15μmの寸法、ま
たロードトランジスタ31,33はゲート幅2μ
m、ゲート長15μm程度の寸法に製造されるのが
一般的であるが(このようにしないと安定な動作
を期待できない)、本発明ではトランジスタ1〜
8のゲート長およびゲート幅を共に最小寸法の
2μmとすることができる。しかも、従来の負荷
トランジスタ31,33のゲート幅とゲート長と
の比は1/5(上記例では2/15、一般にこの比
の逆数βRは3〜20に選ばれる)であるのに対し、
本発明ではこれを1/1とすることができるの
で、動作電流が約5倍に増大し、スイツチングス
ピードが約5倍に高速化されることが期待でき
る。これはCMOSのフリツプフロツプに匹敵す
る動作特性であるが、CMOSのように同一基板
に逆電導型チヤネルのトランジスタペアを形成す
る必要がないため製造は容易である。
In other words, since each two transistors forming the transistor pair T 1 to T 4 of the present invention work complementary to each other, if the substrate effect of the transistors is ignored, it is sufficient to arrange two transistors having essentially the same size. Therefore, it is sufficient to use transistors that can be manufactured with minimum dimensions in terms of process technology as each component. Therefore, the number of elements is doubled compared to the conventional flip-flop, but the occupied area is doubled.
It is less than twice that. For example, if we take the E/D type flip-flop shown in Figure 1 as an example, the minimum size that can be manufactured is
If it is 2 μm, the driver transistor 32,
34 has a gate length of 2 μm and a gate width of 15 μm, and load transistors 31 and 33 have a gate width of 2 μm.
Generally, transistors 1 to 1 are manufactured with dimensions of about 15 μm and gate length (unless they are manufactured in this way, stable operation cannot be expected).
Both the gate length and gate width of 8 are the minimum dimensions.
It can be set to 2 μm. Moreover, the ratio between the gate width and the gate length of the conventional load transistors 31 and 33 is 1/5 (2/15 in the above example, and the reciprocal β R of this ratio is generally selected to be 3 to 20). ,
In the present invention, this can be reduced to 1/1, so it can be expected that the operating current will increase about five times and the switching speed will increase about five times. This has operating characteristics comparable to a CMOS flip-flop, but it is easy to manufacture because unlike CMOS, there is no need to form transistor pairs with opposite conductivity channels on the same substrate.

本発明では8トランジスタで1フリツプフロツ
プを構成する点につき、更に説明する。第5図に
示したようにこのフリツプフロツプをメモリセル
として使用する場合は、書込み動作でビツト線2
1,22、トランスフアゲート19,20を通し
て線11,14がH,Lレベルにされ、トランジ
スタ1〜8は前述のオン/オフ状態をとる。読出
しは、この線11,14のH,Lを、トランスフ
アゲート19,20、ビツト線21,22を通し
て取出すことで行なう。
In the present invention, the point that one flip-flop is constructed with eight transistors will be further explained. When this flip-flop is used as a memory cell as shown in FIG.
1, 22 and transfer gates 19, 20, lines 11, 14 are set to H and L levels, and transistors 1 to 8 take on/off states as described above. Reading is performed by taking out H and L of these lines 11 and 14 through transfer gates 19 and 20 and bit lines 21 and 22.

この第3図のフリツプフロツプを単独で動作さ
せる場合は、次の如くなる。電源投入時に何らか
の理由で、トランジスタ7の方がトランジスタ8
より電流が流れ易い状態であつたとすると、線1
4はH側へ近付き、トランジスタ3,2はオンに
近くなり、線12をHへ近付ける。これはトラン
ジスタ7を益々導電性にする。つまり正帰還が
かゝつており、線14は急速にHに、トランジス
タ3,2は急速にオンに、線12は急速にHに、
トランジスタ7は急速にオンになる。L側も同様
で、線14のH、トランジスタ2のオンが進行す
るにつれて線11は益々L側へ近付き、トランジ
スタ5,8をオフにして線14のHレベルへの上
昇を助ける。他の線及びトランジスタについても
同様である。電源投入時にトランジスタ5がトラ
ンジスタ6より電流が流れ易い状態にあれば上記
の逆で、トランジスタ5が線13、トランジスタ
1、線11の経路での正帰還により急速にオンに
なり、線13がH、線14がL、等になる。
When the flip-flop shown in FIG. 3 is operated independently, the operation is as follows. For some reason, when the power is turned on, transistor 7 is replaced by transistor 8.
If the current is more likely to flow, then wire 1
4 approaches the H side, transistors 3 and 2 become close to on, and the line 12 approaches the H side. This makes transistor 7 increasingly conductive. In other words, positive feedback is present, line 14 quickly goes high, transistors 3 and 2 turn on quickly, line 12 quickly goes high,
Transistor 7 turns on quickly. The same goes for the L side, and as line 14 goes high and transistor 2 turns on, line 11 approaches the L side more and more, turning off transistors 5 and 8 and helping line 14 rise to the H level. The same applies to other lines and transistors. When the power is turned on, if transistor 5 is in a state where current flows more easily than transistor 6, the above is reversed, and transistor 5 is rapidly turned on due to positive feedback in the path of line 13, transistor 1, and line 11, and line 13 becomes high. , line 14 becomes L, and so on.

本発明の主眼は、第1図においてトランジスタ
32がオンなら31−32の、またトランジスタ
34がオンなら33−34の直流パスができ、い
ずれの状態でも電流が流れて消費電力が増える、
ことを防止するにある。この電流従つて消費電力
を小にするにはトランジスタ32,34がオンの
ときのトランジスタ31,33をオフにするのが
一方法であるが、これはできない(トランジスタ
31,33がエンハンスメントなら、出力37,
38のHレベルを維持できない)。第3図ではバ
ツフア回路を設け、帰還を掛けることで前述のよ
うに実質上これを可能にしている。このバツフア
回路は、一方の2ペア例えばT1とT2に対する他
方の2ペア本例ではT3とT4である。即ち、第1
図の形式なら第3図では出力11はトランジスタ
1と4の各ゲートに直接加わることになるが第3
図ではこれをトランジスタペアT3を介して加え、
同様に第1図なら出力12はトランジスタ3,2
の各ゲートに直接加わるが、第3図ではこれをト
ランジスタペアT4を介して加える。従つてT3
T4はT1,T2の帰還回路のバツフアである。
The main focus of the present invention is that in FIG. 1, when the transistor 32 is on, a DC path 31-32 is created, and when the transistor 34 is on, a DC path 33-34 is created, and in either state, current flows and power consumption increases.
There is a way to prevent this. One way to reduce this current and hence power consumption is to turn off transistors 31 and 33 when transistors 32 and 34 are on, but this is not possible (if transistors 31 and 33 are enhancements, the output 37,
Unable to maintain H level of 38). In FIG. 3, by providing a buffer circuit and applying feedback, this is substantially made possible as described above. This buffer circuit consists of two pairs on the one hand, for example T 1 and T 2 , and two pairs on the other hand, T 3 and T 4 in this example. That is, the first
In the format shown in the figure, output 11 would be applied directly to each gate of transistors 1 and 4 in Figure 3, but
In the figure, this is added via transistor pair T 3 ,
Similarly, in Figure 1, the output 12 is the transistor 3, 2
, but in FIG. 3 it is applied via transistor pair T 4 . Therefore T 3 ,
T4 is the buffer of the feedback circuit of T1 and T2 .

第3図での帰還は、第1図のそれより速く行な
われることが期待できる。それは、第1図では帰
還はインバータ1段分の出力が駆動トランジスタ
(32または34)に対してのみ行なわれるのに
対し、第3図では例えばトランジスタペアT4
おいて、その出力14の帰還がペアT2を介して
トランジスタ7へ行なわれると共に、ペアT1
介してトランジスタ8へも行なわれるからであ
る。こうして第3図では低消費電力化のみなら
ず、正帰還による高速化も可能になる。
The return in FIG. 3 can be expected to be faster than that in FIG. This is because, in Fig. 1, the output of one inverter stage is fed back only to the drive transistor (32 or 34), whereas in Fig. 3, for example, in transistor pair T4 , the feedback of the output 14 is This is because it is conducted to transistor 7 via T 2 and also to transistor 8 via pair T 1 . In this way, in FIG. 3, it is possible to not only reduce power consumption but also increase speed due to positive feedback.

また第3図では第1図より複雑であり、配線長
の増大による信号伝達遅延が懸念されるが、トラ
ンジスタが小になり、これによる相殺があるの
で、全体としては遅延は格別問題でない。
Further, FIG. 3 is more complicated than FIG. 1, and there is a concern about signal transmission delays due to increased wiring length, but since the transistors are smaller and this offsets, delays are not a particular problem as a whole.

以上述べたように本発明によれば、従来の欠点
を一挙に解決して、高速で低消費電力、且つ製造
容易な双安定フリツプフロツプ回路を実現でき
る。
As described above, according to the present invention, the drawbacks of the conventional circuits can be solved at once, and a bistable flip-flop circuit that is high speed, low in power consumption, and easy to manufacture can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図は従来のフリツプフロツプ
の異なる例を示す回路図、第3図は本発明の一実
施例を示す回路図、第4図は第3図のフリツプフ
ロツプ回路をIC化する際の平面パターン図、第
5図は本発明のフリツプフロツプ回路をスタテイ
ツク型メモリセルの要部とした応用例を示す回路
図である。 図中、1,3,5,7はデイプレツシヨン型の
MIS型トランジスタ、2,4,6,8はエンハン
スメント型のMIS型トランジスタ、T1〜T4は第
1〜第4のトランジスタペアである。
1 and 2 are circuit diagrams showing different examples of conventional flip-flops, FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram showing the flip-flop circuit of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing an application example in which the flip-flop circuit of the present invention is used as a main part of a static type memory cell. In the figure, 1, 3, 5, and 7 are depression type
MIS type transistors 2, 4, 6, and 8 are enhancement type MIS type transistors, and T1 to T4 are first to fourth transistor pairs.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 単一電導型チヤネルのMIS型トランジスタ2
個を備え、その電源正側端子に接続されるエンハ
ンスメント型に近いデイプリシヨン型のトランジ
スタのゲートを正入力端子、電源負側端子に接続
されるエンハンスメント型トランジスタのゲート
を負入力端子、これらトランジスタの直列接続点
を出力端子とするトランジスタペアを、電源の正
負端子間に4個並列接続し、そして第1のトラン
ジスタペアの負入力端子と第2のトランジスタペ
アの正入力端子と第4のトランジスタペアの出力
端子、および第1のトランジスタペアの正入力端
子と第2のトランジスタペアの負入力端子と第3
のトランジスタペアの出力端子、および第1のト
ランジスタペアの出力端子と第3のトランジスタ
ペアの正入力端子および第4のトランジスタペア
の負入力端子、および第2のトランジスタペアの
出力端子と第3のトランジスタペアの負入力端子
と第4のトランジスタペアの正入力端子とをそれ
ぞれ接続してなることを特徴とするフリツプフロ
ツプ回路。
1 Single conductivity channel MIS transistor 2
The gate of the depletion type transistor connected to the positive side terminal of the power supply is the positive input terminal, the gate of the enhancement type transistor connected to the negative side terminal of the power supply is the negative input terminal, and these transistors are connected in series. Four transistor pairs whose output terminals are the connection points are connected in parallel between the positive and negative terminals of the power supply, and the negative input terminal of the first transistor pair, the positive input terminal of the second transistor pair, and the output terminal of the fourth transistor pair are connected in parallel between the positive and negative terminals of the power supply. output terminal, and the positive input terminal of the first transistor pair, the negative input terminal of the second transistor pair, and the third
and the output terminal of the first transistor pair and the positive input terminal of the third transistor pair and the negative input terminal of the fourth transistor pair, and the output terminal of the second transistor pair and the third transistor pair. A flip-flop circuit characterized in that a negative input terminal of a transistor pair and a positive input terminal of a fourth transistor pair are respectively connected.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04118448U (en) * 1991-03-28 1992-10-22 オリンパス光学工業株式会社 Inverted evaporation equipment

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04118448U (en) * 1991-03-28 1992-10-22 オリンパス光学工業株式会社 Inverted evaporation equipment

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