JPH05160683A - フリップフロップ回路 - Google Patents

フリップフロップ回路

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Publication number
JPH05160683A
JPH05160683A JP3318819A JP31881991A JPH05160683A JP H05160683 A JPH05160683 A JP H05160683A JP 3318819 A JP3318819 A JP 3318819A JP 31881991 A JP31881991 A JP 31881991A JP H05160683 A JPH05160683 A JP H05160683A
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JP
Japan
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input
gate
output
flip
ratio
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Withdrawn
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JP3318819A
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English (en)
Inventor
Yoshihiko Morita
嘉彦 森田
Toshihiko Ichioka
俊彦 市岡
Yasushi Kawakami
康 川上
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フリップフロップ回路の出力信号のデューテ
ィ比を最適にして周波数を高くする。 【構成】 第1の2入力NORゲート1、3入力NOR
ゲート2、第3〜第5の2入力NORゲート4〜6は、
例えばゲート幅が9μmのエンハンスメント型FETと
ゲート幅が3μmのディプレッション型FETを備えた
レシオED型FET(EDレシオ3:1)により構成さ
れている。また、第2の2入力NORゲート3は、例え
ばゲート幅が12μmのエンハンスメント型FETとゲ
ート幅が4μmのディプレッション型FETを備えたレ
シオED型FET(EDレシオ3:1)により構成され
ている。このようにすると、第2の2入力NORゲート
3の駆動能力が増加し、伝搬遅延時間が減少するので、
出力信号のデューティ比が1に近づき、周波数が高くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル回路における
フリップフロップ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の回路は、例えば、シリン
グ・ビラブ著「トランジスタとICのための電子回路
3」,P603〜P605、に開示されるものが知られ
ている。図4はこのような従来のDフリップフロップ回
路の構成を示す回路部で、第1の2入力NORゲート
1、3入力NORゲート2、第2の2入力NORゲート
3、第3の2入力NORゲート4、第4の2入力NOR
ゲート5及び第5の2入力NORゲート6により構成さ
れている。そして、各NORゲートは、例えばゲート幅
が9μmのエンハンスメント型FETと、ゲート幅が3
μmのディプレッション型FETを備えたレシオED型
FET(EDレシオ3:1)により構成されている。
【0003】図5は前記従来のDフリップフロップ回路
の動作タイミングチャートである。以下、図4及び図5
を参照しながら、従来のDフリップフロップ回路の動作
を説明する。ここで、3入力NORゲート2の立ち上が
り遅延時間、第2の2入力NORゲート3の立ち上がり
遅延時間、第4の2入力NORゲートの立ち上がり遅延
時間,立ち下がり遅延時間、第5の2入力NORゲート
の立ち上がり遅延時間,立ち下がり遅延時間をそれぞれ
τA ,τB ,τC ,τD ,τE ,τF とする。
【0004】まず、データ(DATA)がローレベル
(以下、Lと略す)である図5のt1のタイミングでク
ロック(CLK)がハイレベル(以下、Hと略す)から
Lに変化すると、その変化は第2の2入力NORゲート
3→第5の2入力NORゲート6→第4の2入力NOR
ゲート5に伝搬されるから、第5の2入力NORゲート
6の出力であるDフリップフロップ回路のQ出力はτB
+τF =τ1 遅延されてHからLに変化し、第4の2入
力NORゲート5の出力であるDフリップフロップ回路
のQ−N出力はτB +τF +τC =τ1 +τC 遅延され
てLからHに変化する。
【0005】次に、データがHであるt2のタイミング
でクロックがHからLに変化すると、その変化は3入力
NORゲート2→第4の2入力NORゲート5→第5の
2入力NORゲート6に伝搬されるから、第5の2入力
NORゲート6の出力であるDフリップフロップ回路の
Q出力はτA +τD +τE =τ2 +τE 遅延されてLか
らHに変化し、第4の2入力NORゲート5の出力であ
るDフリップフロップ回路のQ−N出力はτA +τD
τ2 遅延されてHからLに変化する。
【0006】したがって、クロックの周期をTとする
と、Q出力がLの期間をTQL、Q−N出力がLの期間を
QNL とすると、 TQL=T+τ2 +τE −τ1 、TQNL =T+τ1 +τC
−τ2 となる。また、Q出力がHの期間をTQH、Q−N
出力がHの期間をTQNH とすると、 TQH=T+τ1 −τ2 −τE 、TQNH =T+τ2 −τ1
−τC となる。
【0007】ここで、第4の2入力NORゲート5と第
5の2入力NORゲート6の入出力の接続態様は同等で
あるから、τD =τF ,τC =τE である。また、第2
の2入力NORゲート3は3入力NORゲート2よりも
負荷数が多いから、τB >τ A である。したがって、T
QNL >TQLとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のDフリップフロップ回路では、データがLの時の出
力遅延時間とデータがHの時の出力遅延時間の信号伝搬
経路が異なり、前者の方が長いため、出力端子Q−Nに
おける信号のLの期間が出力端子Qにおける信号のLの
期間より長くなる。そのため、出力端子Q−Nにおける
信号のLの期間がこのフリップフロップ回路に接続され
た回路の動作周波数を支配してしまい、この高速動作を
妨げるという問題点があった。
【0009】本発明は、以上述べたフリップフロップ回
路において、出力端子Q−Nにおける信号のLの期間が
回路の動作周波数を支配し、回路の高速動作を妨げると
いう問題点を除去するために、第2の2入力NORゲー
トのEDレシオを他のNORゲートと同じとしたまま、
ゲート長はそれらより長くして、出力端子Q−Nにおけ
る信号のLの期間を出力端子Qにおける信号のLの期間
と同じにし、出力信号のデューティー比の最適値を与え
るようにしたフリップフロップ回路を提供することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、エンハンスメント型FETとディプレ
ッション型FETにより構成されたゲート回路を基本回
路とするフリップフロップ回路において、所定のEDレ
シオを有する第1,第3,第4,第5の2入力NORゲ
ートと、前記EDレシオを有する3入力NORゲート
と、前記EDレシオを有し、かつ、ゲート長が前記各2
入力NORゲート及び3入力NORゲートのゲート長よ
りも長い第2の2入力NORゲートを備え、クロック端
子を第2の2入力NORゲートの第2入力と3入力NO
Rゲートの第2入力に接続し、データ入力端子を第1の
2入力NORの第2入力に接続し、第3の2入力NOR
ゲートの出力を第2の2入力NORゲートの第1入力に
接続し、第2の2入力NORゲートの出力を第3の2入
力NORゲートの第2入力と第5の2入力NORゲート
の第1入力と3入力NORゲートの第1入力に接続し、
3入力NORゲートの出力を第4の2入力NORゲート
の第2入力と第1の2入力NORゲートの第1入力に接
続し、第1の2入力NORゲートの出力を3入力NOR
ゲートの第3入力と第3の2入力NORゲートの第1入
力に接続し、第4の2入力NORゲートの出力を出力端
子Q−Nと第5の2入力NORゲートの第2入力に接続
し、第5の2入力NORゲートの出力を出力端子Qと第
4の2入力NORゲートの第1入力に接続した。
【0011】
【作用】本発明によれば、以上のようにフリップフロッ
プ回路を構成したので、第2の2入力NORゲートの駆
動能力が増加し、立ち上がり遅延時間が減少するので、
出力端子Q−Nの出力信号がLである期間を短くし、出
力端子Qの出力信号がLである期間を長くすることがで
きる。そして、第2の2入力NORゲートのゲート長を
最適な値に設定すれば、出力端子Q−Nの出力信号がL
である期間と出力端子Qの出力信号がLである期間を等
しくすることができる。この時、フリップフロップ回路
の出力周波数が最高になり、このフリップフロップ回路
に接続した回路の高速動作が可能になる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。 (第1実施例)図1は本発明の実施例に係るDフリップ
フロップ回路を示す回路図である。同図において図5と
同一の回路素子には同一の番号を付してある。
【0013】第1〜第5の2入力NORゲート1,
3’,4,5,6及び3入力NORゲート2は図5と同
じくEDレシオが3:1のレシオED型FETで構成さ
れ、クロック端子を第2の2入力NORゲート3’の第
2入力と3入力NORゲート2の第2入力に接続し、デ
ータ入力端子を第1の2入力NORゲート1の第2入力
に接続する。また、第3の2入力NORゲート4の出力
を第2の2入力NORゲート3’の第1入力に接続し、
第2の2入力NORゲート3’の出力を第3の2入力N
ORゲート4の第2入力と第5の2入力NORゲート6
の第1入力と3入力NORゲート2の第1入力に接続
し、3入力NORゲート2の出力を第4の2入力NOR
ゲート5の第2入力と第1の2入力NORゲート1の第
1入力に接続し、第1の2入力NORゲート1の出力を
第3の2入力NORゲート4の第1入力と3入力NOR
ゲート2の第3入力に接続し、第4の2入力NORゲー
ト5の出力を出力端子Q−Nと第5の2入力NORゲー
ト6の第1入力に接続し、第5の2入力NORゲート6
の出力を出力端子Qと第4の2入力NORゲート5の第
1入力に接続する。
【0014】すなわち、回路の接続は図4と同一であ
る。ただし、本実施例においては、第2の2入力NOR
ゲート3’を、例えばゲート幅が12μmのエンハンス
メント型のFETとゲート幅が4μmのディプレッショ
ン型FETにより構成する。すなわち、第2の2入力N
ORゲート3’のゲート長を第1、第2、第4、第5、
第6のNORゲートのEDレシオ(3:1)と同じにし
たまま、ゲート長を長くする。これにより、第2の2入
力NORゲート3’の駆動能力が増加し、立ち上がり遅
延時間が減少するので、3入力NORゲート2の立ち上
がり遅延時間と等しくなる(τ’B =τA <τB )。
【0015】図2は本発明の実施例に係るDフリップフ
ロップ回路の動作タイミングチャートである。以下、図
1及び図2を参照しながら、本実施例の動作を説明す
る。まず、図2のt1のタイミングでクロックがHから
Lに変化すると、その変化は第2の2入力NORゲート
3’→第5の2入力NORゲート6→第4の2入力NO
Rゲート5に伝搬されるから、第5の2入力NORゲー
ト6の出力であるDフリップフロップ回路のQ出力は
τ’B +τF =τ’1 遅延されてHからLに変化し、第
4の2入力NORゲート5の出力であるDフリップフロ
ップ回路のQ−N出力はτ’B +τF +τC =τ’1
τC 遅延されてLからHに変化する。
【0016】次に、t2のタイミングでクロックがHか
らLに変化すると、その変化は3入力NORゲート2→
第4の2入力NORゲート5→第5の2入力NORゲー
ト6に伝搬されるから、第5の2入力NORゲート6の
出力であるDフリップフロップ回路のQ出力はτ2 +τ
E 遅延されてLからHに変化し、第4の2入力NORゲ
ート5の出力であるDフリップフロップ回路のQ−N出
力はτ2 遅延されてHからLに変化する。
【0017】したがって、Q出力がLの期間をT’QL
Q−N出力がLの期間をT’QNL とすると、 T’QL=T+τ2 +τE −τ’1 、T’QNL =T+τ’
1 +τC −τ2 となる。また、Q出力がHの期間をT’
QH、Q−N出力がHの期間をT’QNH とすると、 T’QH=T+τ’1 −τ2 −τE 、T’QNH =T+τ2
−τ’1 −τC となる。
【0018】これらの関係式より、T’QNL が短くなれ
ばT’QLが長くなる。また、T’QHが短くなり、T’
QNH が長くなる。そして、τ’B =τA がQ出力及びQ
−N出力におけるLの期間とHの期間の比が1:1に近
くなる最適値で、この時、 T’QL=T+τE =T+τC =T’QNL 、T’QH=T−
τE =T−τC =T’QN H となる。したがって、この
時、回路の最高動作周波数を得ることができる。
【0019】(第2実施例)図3は本発明の実施例に係
るJ−Kフリップフロップ回路の構成を示す回路図であ
る。本実施例においては、第1実施例の回路に各々ED
レシオが3:1のレシオED型FETで構成されたイン
バータゲート7と第6〜第8の2入力NORゲート8〜
10を付加した。そして、入力端子Kをインバータゲー
ト7の入力に、入力端子Jを第7の2入力NORゲート
9の第1入力に接続し、インバータゲート7の出力を第
6の2入力NORゲート8の第1入力に接続し、第2入
力を出力端子Q−Nに接続し、その出力を第8の2入力
NORゲート10の第1入力に接続し、第7の2入力N
ORゲート9の出力を第8の2入力NORゲート10の
第2入力に接続し、第7の2入力NORゲート9の第2
入力を第4の2入力NORゲート5の第1入力に接続
し、第8の2入力NORゲート10の出力を第1のNO
Rゲート1の第1入力に接続した。
【0020】なお、上記各実施例におけるNORゲート
をNANDゲートに置き換えても動作は等価である。ま
た、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを
本発明の範囲から排除するものではない。
【0021】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、フリップフロップ回路において第2の2入力N
ORゲートのEDレシオを他のNORゲートと同じに保
持したままゲート長を他のゲートより長くし、Q出力端
子とQ−N出力端子における出力信号のHの期間が等し
くなるようにしたので、高速動作特性を改善することが
できる。
【0022】また、ゲート長を長くするのみで複雑なプ
ロセス変更を必要とせず、容易に実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るDフリップフロップ回路
を示す回路図である。
【図2】本発明の実施例に係るDフリップフロップ回路
の動作タイミングチャートである。
【図3】本発明の実施例に係るJ−Kフリップフロップ
回路を示す回路図である。
【図4】従来のDフリップフロップ回路を示す回路図で
ある。
【図5】従来のDフリップフロップ回路の動作タイミン
グチャートである。
【符号の説明】
1 第1の2入力NORゲート 2 3入力NORゲート 3 第2の2入力NORゲート 4 第3の2入力NORゲート 5 第4の2入力NORゲート 6 第5の2入力NORゲート 7 インバータゲート 8 第6の2入力NORゲート 9 第7の2入力NORゲート 10 第8の2入力NORゲート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】図5は前記従来のDフリップフロップ回路
の動作タイミングチャートである。以下、図4及び図5
を参照しながら、従来のDフリップフロップ回路の動作
を説明する。ここで、3入力NORゲート2の立ち上が
り遅延時間、第2の2入力NORゲート3の立ち上がり
遅延時間、第4の2入力NORゲートの立ち上がり遅
延時間,立ち下がり遅延時間、第5の2入力NORゲー
の立ち上がり遅延時間,立ち下がり遅延時間をそれ
ぞれτA ,τB ,τC ,τD ,τE ,τF とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】本発明は、以上述べたフリップフロップ回
路において、出力端子Q−Nにおける信号のLの期間が
回路の動作周波数を支配し、回路の高速動作を妨げると
いう問題点を除去するために、第2の2入力NORゲー
トのEDレシオを他のNORゲートと同じとしたまま、
ゲートはそれらより長くして、出力端子Q−Nにおけ
る信号のLの期間を出力端子Qにおける信号のLの期間
と同じにし、出力信号のデューティー比の最適値を与え
るようにしたフリップフロップ回路を提供することを目
的とする。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、エンハンスメント型FETとディプレ
ッション型FETにより構成されたゲート回路を基本回
路とするフリップフロップ回路において、所定のEDレ
シオを有する第1,第3,第4,第5の2入力NORゲ
ートと、前記EDレシオを有する3入力NORゲート
と、前記EDレシオを有し、かつ、ゲートが前記各2
入力NORゲート及び3入力NORゲートのゲート
りも長い第2の2入力NORゲートを備え、クロック端
子を第2の2入力NORゲートの第2入力と3入力NO
Rゲートの第2入力に接続し、データ入力端子を第1の
2入力NORの第2入力に接続し、第3の2入力NOR
ゲートの出力を第2の2入力NORゲートの第1入力に
接続し、第2の2入力NORゲートの出力を第3の2入
力NORゲートの第2入力と第5の2入力NORゲート
の第1入力と3入力NORゲートの第1入力に接続し、
3入力NORゲートの出力を第4の2入力NORゲート
の第2入力と第1の2入力NORゲートの第1入力に接
続し、第1の2入力NORゲートの出力を3入力NOR
ゲートの第3入力と第3の2入力NORゲートの第1入
力に接続し、第4の2入力NORゲートの出力を出力端
子Q−Nと第5の2入力NORゲートの第2入力に接続
し、第5の2入力NORゲートの出力を出力端子Qと第
4の2入力NORゲートの第1入力に接続した。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。 (第1実施例)図1は本発明の実施例に係るDフリップ
フロップ回路を示す回路図である。同図において図
同一の回路素子には同一の番号を付してある。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】第1〜第5の2入力NORゲート1,
3’,4,5,6及び3入力NORゲート2は図と同
じくEDレシオが3:1のレシオED型FETで構成さ
れ、クロック端子を第2の2入力NORゲート3’の第
2入力と3入力NORゲート2の第2入力に接続し、デ
ータ入力端子を第1の2入力NORゲート1の第2入力
に接続する。また、第3の2入力NORゲート4の出力
を第2の2入力NORゲート3’の第1入力に接続し、
第2の2入力NORゲート3’の出力を第3の2入力N
ORゲート4の第2入力と第5の2入力NORゲート6
の第1入力と3入力NORゲート2の第1入力に接続
し、3入力NORゲート2の出力を第4の2入力NOR
ゲート5の第2入力と第1の2入力NORゲート1の第
1入力に接続し、第1の2入力NORゲート1の出力を
第3の2入力NORゲート4の第1入力と3入力NOR
ゲート2の第3入力に接続し、第4の2入力NORゲー
ト5の出力を出力端子Q−Nと第5の2入力NORゲー
ト6の第入力に接続し、第5の2入力NORゲート6
の出力を出力端子Qと第4の2入力NORゲート5の第
1入力に接続する。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】すなわち、回路の接続は図4と同一であ
る。ただし、本実施例においては、第2の2入力NOR
ゲート3’を、例えばゲート幅が12μmのエンハンス
メント型のFETとゲート幅が4μmのディプレッショ
ン型FETにより構成する。すなわち、第2の2入力N
ORゲート3’のEDレシオ第1、第3、第4、第5
の2入力NORゲート1,4,5,6及び3入力NOR
ゲート2のEDレシオ(3:1)と同じにしたまま、ゲ
ートを長くする。これにより、第2の2入力NORゲ
ート3’の駆動能力が増加し、立ち上がり遅延時間が減
少するので、3入力NORゲート2の立ち上がり遅延時
間と等しくなる(τ’B =τA <τB )。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、フリップフロップ回路において第2の2入力N
ORゲートのEDレシオを他のNORゲートと同じに保
持したままゲートを他のゲートより長くし、Q出力端
子とQ−N出力端子における出力信号のHの期間が等し
くなるようにしたので、高速動作特性を改善することが
できる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】また、ゲートを長くするのみで複雑なプ
ロセス変更を必要とせず、容易に実施可能である。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 1 第1の2入力NORゲート 2 3入力NORゲート3’ 第2の2入力NORゲート 4 第3の2入力NORゲート 5 第4の2入力NORゲート 6 第5の2入力NORゲート 7 インバータゲート 8 第6の2入力NORゲート 9 第7の2入力NORゲート 10 第8の2入力NORゲート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンハンスメント型FETとディプレッ
    ション型FETにより構成されたゲート回路を基本回路
    とするフリップフロップ回路において、 (a)所定のEDレシオを有する第1、第3、第4、第
    5の2入力NORゲートと、 (b)前記EDレシオを有する3入力NORゲートと、 (c)前記EDレシオを有し、かつ、ゲート長が前記各
    2入力NORゲート及び3入力NORゲートのゲート長
    よりも長い第2の2入力NORゲートを備え、 (d)クロック端子を前記第2の2入力NORゲートの
    第2入力と前記3入力NORゲートの第2入力に接続
    し、データ入力端子を前記第1の2入力NORゲートの
    第2入力に接続し、前記第3の2入力NORゲートの出
    力を前記第2の2入力NORゲートの第1入力に接続
    し、前記第2の2入力NORゲートの出力を前記第3の
    2入力NORゲートの第2入力と前記第5の2入力NO
    Rゲートの第1入力と前記3入力NORゲートの第1入
    力に接続し、前記3入力NORゲートの出力を前記第4
    の2入力NORゲートの第2入力と前記第1の2入力N
    ORゲートの第1入力に接続し、前記第1の2入力NO
    Rゲートの出力を前記3入力NORゲートの第3入力と
    前記第3の2入力NORゲートの第1入力に接続し、前
    記第4の2入力NORゲートの出力を出力端子Q−Nと
    前記第5の2入力NORゲートの第2入力に接続し、前
    記第5の2入力NORゲートの出力を出力端子Qと前記
    第4の2入力NORゲートの第1入力に接続したことを
    特徴とするフリップフロップ回路。
  2. 【請求項2】 所定のEDレシオを有するインバータゲ
    ート及び第6〜第8の2入力NORゲートを設け、 入力端子Kを前記インバータゲートの入力に、入力端子
    Jを前記第7の2入力NORゲートの第1入力に接続
    し、前記インバータゲートの出力を前記第6の2入力N
    ORゲートの第1入力に接続し、前記第6の2入力NO
    Rゲートの第2入力を出力端子Q−Nに接続し、その出
    力を前記第8の2入力NORゲートの第1入力に接続
    し、前記第7の2入力NORゲートの出力を前記第8の
    2入力NORゲートの第2入力に接続し、前記第7の2
    入力NORゲートの第2入力を第4の2入力NORゲー
    トの第1入力に接続し、前記第8の2入力NORゲート
    の出力を第1の2入力NORゲートの第1入力に接続し
    たことを特徴とする請求項1記載のフリップフロップ回
    路。
  3. 【請求項3】 NORゲートをNANDゲートに置き換
    えた請求項1又は2記載のフリップフロップ回路。
JP3318819A 1991-12-03 1991-12-03 フリップフロップ回路 Withdrawn JPH05160683A (ja)

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