JPH03235411A - ラッチ回路及びフリップ・フロップ回路 - Google Patents

ラッチ回路及びフリップ・フロップ回路

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JPH03235411A
JPH03235411A JP2030762A JP3076290A JPH03235411A JP H03235411 A JPH03235411 A JP H03235411A JP 2030762 A JP2030762 A JP 2030762A JP 3076290 A JP3076290 A JP 3076290A JP H03235411 A JPH03235411 A JP H03235411A
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JP
Japan
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latch
mos transistor
clock
input
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP2030762A
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English (en)
Inventor
Masao Akata
赤田 正雄
Shinji Wakasugi
若杉 真路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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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〕 本発明はラッチ回路及びフリップ・フロップ回路に関す
る。
〔従来の技術〕
従来のラッチ回路は、第5図に示す様に、2個の伝送ゲ
ー)TGI、TG2.1個のラッチ用インバータINV
I、1個の帰還用インバータINV2によって構成され
ており、2相のクロックφ。
■で動作する。クロックTは、クロックφの逆相クロッ
クである。
クロックφ=L、クロックi=Hとすると、伝送ゲート
TG1はオン、伝送ゲートTG2はオフで、入力端子り
に印加された入力信号がノートNに伝達し、インバータ
INVIの入力容量と伝送ゲー)TGI、TG2の出力
容量にその情報が蓄えられる。次にクロックφ=H,ク
ロックj=Lになると、伝送ゲー)TGIはオフ、伝送
ゲートTG2はオンとなってインバータINV2により
、ノードNに正帰還がかかるので、2個のインバータI
NVI、INV2によってできるループによって、クロ
ックφ=L、クロックT=H時の入力状態が保持される
。つまり、この回路はクロックφ=Lで出力端子Qに入
力端子りの反転信号が伝達し、クロックφ=Hでその状
態を保持する。
又、従来のフリップ・フロップ回路は、第7図に示す様
に、今、説明した第5図のラッチ回路を2段縦続接続し
た構成となっている。ラッチ回路L1は、クロックφの
立下りで動作するマスタ・ラッチ、ラッチ回路L2は、
クロックφの立上りで動作するスレーブ・ラッチである
クロックφ=LでマスタラッチL1は入力端子りの反転
信号を端子Q’ (D’)に伝達し、クロ、ツクφ=H
でスレーブ・ラッチL2はその信号の反転信号を出力端
子Qに伝達する。この様子を第8図のタイムチャートに
示す。出力端子Qの入力端子りの信号が伝わるのはクロ
ックφの立ち上りであり、又、その時マスタラッチLl
へのサンプリング、すなわち前状態の保持が行なわれる
。従って、この回路はクロックφの立ち上りでデータを
とりこむエツジトリガ型のフリップ・フロップとして動
作する。
〔発明が解決しようとする課題〕
この従来のラッチ回路、及びフリップ・フロップ回路を
高速クロックで動作させる時の1つの問題点は、その消
費電力である。0M08回路において、消費電力は周波
数と負荷容量に比例するという性格を有するため、クロ
ックφ、下に各々4個のゲート容量・負荷をもつ従来の
フリップ・フロップは、その消費電力の大半がクロック
系で発生することになる。
例えば、1個のトランジスタのゲート容量をC6、クロ
ック周波数をf、電源電圧をV、出力負荷が1個、配線
容量を無視して第5図のラッチ回路の消費電力を簡単に
求めてみる。データはH,Lがクロック毎に繰り返す最
悪時を想定すると、データ系の消費電力 =(データくり返し周波数)×(データ系総ゲート容量
)×■2=IAfX6cGXv2 =3CO・f−V2 クロック系の消費電力 =f×(クロック系総ゲート容量)×V2=fX6CO
XV” =60.− f−v2 となる。つまり、クロック系の消費電力はデータ系の約
2倍となっている。
又、従来の回路では、クロックは必ずφ、下の2相が必
要となる。従って、第5図、第7図に示したようにクロ
ック間スキューを抑えるためにφ、?用のクロック・バ
ッファを回路個別に設ける手法がとられているが、これ
は高速動作時の消費電力の増加の1因となっている。
さらに、もう1つの問題点として、動作スピード、すな
わち遅延時間がある。この従来のラッチ回路、及びフリ
ラフ・フロップ回路では、その大きなりロック負荷がク
ロックが入力されてからデータが変化するまでの遅延時
間を増加させる原因の1つとなっている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のラッチ回路は、1個の入力サンプリング用MO
Sトランジスタ、1個のラッチ用インバータ、1個の帰
還回路を有する。入力サンプリング用MOSトランジス
タは、入力端子とラッチ用インバータを接続するパスト
ランジスタである。
帰還回路は、それらゲート端子が、ラッチ用インバータ
の出力に接続され、それらソース端子が各々、正電源、
負電源に接続されたPチャネル型MOSトランジスタと
Nチャネル型MOSトランジスタ、そして、それらのド
レイン端子にそのソース端子とドレイン端子が接続され
、そのゲート端子を入力サンプリング用トランジスタの
ゲート端子と共にクロック入力端子とする入力サンプリ
ング用トランジスタと逆極性のMOSトランジスタから
成り、このMOSトランジスタのソース端子は、さらに
ラッチ用インバータの入力に接続されている。
本発明のフリップ・フロップ回路は、前述した、ラッチ
回路を2段、縦続接続した構成をとり、1段目と2段目
のラッチの入力サンプリング用トランジスタは、互いに
逆極性で、各ラッチは、マスター、スレーブとして動く
ように接続されている。
〔実施例〕
本発明について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明のラッチ回路の一実施例の回路図であ
る。1個の入力サンプリング用Pチャネル型MOSトラ
ンジスタMPT、1個のラッチ用インバータINVI、
及びMOSトランジスタMPI、MN11、Nチャネル
型MOSトランジスタMN12を有する帰還回路FBI
から構成されている。
クロックφ=LとするとトランジスタMPTはオンなの
で、入力端子りに印加さ托た入力信号がノードN1に伝
達し、その反転信号が出力端子Q′に伝達される。入力
信号がロー・レベルの場合入力サンプリング用トランジ
スタMPTはPチャネル型であるため、ノードN1の電
位をOvまで下げる能力は悪いが、ノードN1を正電源
側に引き上げるl・ランジスタMN21がオフであるこ
と、及びインバータINVI及びトランジスタMNII
による正帰還によりノードN1の電位は最終的にはOv
に到達する。入力信号がノ・イ・レベルの場合には、ノ
ードN1の電位はトランジスタMPT、MNI1.及び
信号源のインピーダンスで分圧された電位になるが、そ
の値がINVIのしきい値を越えるように、トランジス
タMPTのサイズに比べてトランジスタMNIIのサイ
ズを小さくしておくことにより、内部状態を反転するこ
とができる。クロックφ=Hになると、入力サンプリン
グ用トランジスタMPTはオフ、帰還回路FBI中のト
ランジスタMN21はオンとなり、インバータINVI
と帰還回路FBIによってできるループにより、クロッ
クφ=L時の入力状態が安全に保持される。つまり、本
回路はクロックT無しでラッチ動作を実現している。な
お、帰還回路FBI中のトランジスタは他のトランジス
タに比べて小さいものを用いる必要がある。トランジス
タMN11が小さい理由は、前述の通りである。トラン
ジスタMPI、MN12については、帰還回路FBIは
然る可き状態を保持するためのものであり、そのスイッ
チング動作が遅くてもクロックが入って出力が出る時間
すなわち、ラッチ回路としての遅延時間には無影響であ
り、又トランジスタMN21に関してはクロック負荷が
小さくなり有利だからである。この様に、本実施例はり
四ツクφ=Lで入力データをサンプリングし、クロック
φ=Hで保持するラッチとして動作している。
第2図は、本発明のラッチ回路の他の実施例の回路図で
ある。構成は、1個の入力サンプリング用Nチャネル型
MOSトランジスタMNT、1個のラッチ用インバータ
INV2.バス用Pチャネル型MOSトランジスタMP
 22を有する1個の帰還回路から成る。動作は、実施
例1のラッチ回路Llと同様だがクロック極性に対して
は、逆の動作をする。つまり、クロックφ=Hでサンプ
リング、φ=Lで保持動作をするラッチ回路である。
第3図は本発明のフリップ・フロップの一実施例の回路
図である。構成は、先に述べたラッチ回路を2段縦続接
続し、クロック信号φを共通としている。前段のマスタ
・ラッチは第1図に示したラッチ回路L1とし後段のス
レーブ・ラッチは第2図に示したクロックφに対して逆
極性で動作するラッチ回路L2としている。動作は、従
来例に示した互いに逆極性で動作するラッチの組み合わ
せによるクロックφの立ち上がりでのエツジ・トリガ動
作と同様であるが、クロックTは必要としていない。
第4図は本発明のフリップ・フロップの他の実施例の回
路図である。構成は、実施例1のフリップ・フロップ回
路と同様であるが、前段のマスタ・ラッチには、第2図
のラッチ回路L2を、後段のスレーブ・ラッチには第1
図のラッチ回路L1を用いている。従うてこの場合はク
ロックφの立下りで動作する。クロックTが必要ないの
は同様である。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明のラッチ回路は、第5図の従来
のラッチ回路の入力サンプリング用伝送ケートTG1を
第1図、第2図の様に1個の入力サンプリング用MO8
)ランシスタMPT又はMNTで代行し、第5図のルー
プ開閉用伝送ゲートTG2を第1図、第2図の様に1個
の小さなパストランジスタMN21又は、MP22とす
ることにより、クロックφの負荷は近似的にトランジス
タ1個となる。又クロック■が不要になる。従って、 1) クロックφの負荷が約172になり2) φから
マを作るインバータが不要となり、又全体で負荷が約1
/4に減少し、消費電力が減少する という効果を有する。又、フリップ・フロップ回路につ
いても同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のラッチ回路の一実施例の回路図、第
2図は、他の実施例のラッチ回路図、第3図は、本発明
のフリップ・フロップ回路の一実施例の回路図、第4図
は他の実施例のフリップ・フロップ回路図、第5図は従
来のラッチ回路の回路図、第6図は、クロックφとクロ
ックTの関係を示すタイミングチャート、第7図は、従
来のフリップ・フロップ回路の回路図、第8図は、第7
図の回路の動作を示すタイミング・チャートである。 第1〜8図において、D、D’・・・・・・入力端子、
Q、Q’・・・・・・出力端子、Nx・・・・・・ノー
ド名、MPxx・・・・・Pチャネル型MOSトランジ
スタ、 MNxx・・・・・・Nチャネル型MOSトラ
ンジスタ、工Nvx・・・・・・インバータ% L!・
・・・・・ラッチ回路、VDD・・・・・・プラス電源
s vss・・・・・・マイナス電源、φ、?・・・・
・・クロック、T G xx・・・・・・伝送ゲート、
F B xx・・・・・・帰還回路。 ≠ 〉 第 図 第 図 第 Δ 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、1個の入力サンプリング用MOSトランジスタ、1
    個のラッチ用インバータ、1個の帰還回路を有し、上記
    入力サンプリング用MOSトランジスタは、入力端子と
    上記ラッチ用インバータの入力間を接続するパストラン
    ジスタであり、上記帰還回路は、各々正電源(V_D_
    D)、負電源(V_S_S)にそのソース端子が接続さ
    れ、上記ラッチ用インバータの出力にそのゲート端子が
    接続されたPチャネル型MOSトランジスタ及びNチャ
    ネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSト
    ランジスタとNチャネルMOSトランジスタのドレイン
    端子にそのドレイン端子、ソース端子が接続され、該ソ
    ース端子が上記ラッチ用インバータの入力に接続され、
    そのゲート端子は、上記入力サンプリング用MOSトラ
    ンジスタのゲート端子と接続された上記入力サンプリン
    グ用MOSトランジスタと逆極性でMOSトランジスタ
    を有し、上記ラッチ用インバータの出力を出力端子、入
    力サンプリング用MOSトランジスタのゲート端子をク
    ロック入力端子とすることを特徴とするラッチ回路。 2、上記入力サンプリング用MOSトランジスタをPチ
    ャネル型MOSトランジスタとすることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のラッチ回路。 3、上記入力サンプリング用MOSトランジスタをNチ
    ャネル型MOSトランジスタとすることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のラッチ回路。 4、特許請求の範囲第2項記載のラッチ回路をマスタ・
    ラッチ、特許請求の範囲第3項記載のラッチ回路をスレ
    ーブ・ラッチとして、該マスタ・ラッチ、スレーブ・ラ
    ッチをカスケード接続したことを特徴とするフリップ・
    フロップ回路。 5、特許請求の範囲第3項記載のラッチ回路をマスタ・
    ラッチ、特許請求の範囲第2項記載のラッチ回路をスレ
    ーブ・ラッチとして、該マスタ・ラッチ、スレーブ・ラ
    ッチをカスケード接続したことを特徴とするフリップ・
    フロップ回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06110654A (ja) * 1992-03-11 1994-04-22 Samsung Electron Co Ltd データ一致検出回路
JP2018029301A (ja) * 2016-08-19 2018-02-22 東芝メモリ株式会社 データラッチ回路

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