JPH052888A - ゲートアレイ用メモリセル回路 - Google Patents

ゲートアレイ用メモリセル回路

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JPH052888A
JPH052888A JP3156681A JP15668191A JPH052888A JP H052888 A JPH052888 A JP H052888A JP 3156681 A JP3156681 A JP 3156681A JP 15668191 A JP15668191 A JP 15668191A JP H052888 A JPH052888 A JP H052888A
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JP
Japan
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inverter
flip
flop
memory cell
gate
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JP3156681A
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English (en)
Inventor
Hisashi Kondou
恒 金銅
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH052888A publication Critical patent/JPH052888A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速動作でかつ回路のレイアウト及び配線が
容易なメモリセル回路を提供する。 【構成】 インバータ101とインバータ101よりも
駆動能力の小さなインバータ102とがループ状に接続
されて構成されたフリップフロップ110を有し、イン
バータ101の入力にフリップフロップ110への書き
込み入力WRITEを制御する転送ゲート121と、イ
ンバータ101の出力にフリップフロップ110の記憶
状態を読み出し出力READとして出力するインバータ
103と、読み出し出力READと外部回路との接続を
制御する転送ゲート122とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体RAMのメモリ
セル回路にかかり、特に、ゲートアレイなど非常に高度
に集積された半導体ICに供せられるRAM用のメモリ
セル回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体IC技術の進歩は目覚ましく、L
SIに代表されるように非常に集積度が向上し、また、
ゲートアレイなどに代表されるように、この集積度が向
上した装置に様々な要求に応じて機能を盛り込めるよう
になっている。半導体RAMも、半導体メモリだけでな
くゲートアレイなどにも盛り込まれる機能のひとつであ
り、ディジタルシステムの最高速の記憶手段として盛ん
に用いられている。
【0003】半導体RAMは、ひとつにつき1ビットを
記憶するメモリセル回路を非常に多数集積して構成さ
れ、所定のメモリセル回路にデータを書き込み、或い
は、所定のメモリセル回路からそのデータを読み出す、
という動作により記憶手段として機能している。ゲート
アレイ用メモリセル回路には、図4に示すような回路が
用いられている。この回路は、ふたつのインバータ40
1,402をループ状に接続してフリップフロップ40
3を構成し、図のように、フリップフロップ403とデ
ータ信号線R/W,(R/W)’との間に転送ゲートと
してFET411,412が接続されている(ここで、
「’」は論理反転を示す。)。FET411,412は
制御信号W41,W42によりON−OFF制御されて
いる。このメモリセル回路にデータ「1」を書き込む時
は、データ信号線R/Wを「1」の状態にし、データ信
号線(R/W)’を「0」の状態にして、データ信号線
R/W,(R/W)’の状態を確定させる。その後、制
御信号W41,W42によりFET411,412を
「ON」とし、フリップフロップ403とデータ信号線
R/W,(R/W)’とを接続して、フリップフロップ
403にデータ「1」を書き込み保持させる。このメモ
リセル回路からデータを読み出す時は、プレチャージを
してから、即ち、データ信号線R/W,(R/W)’を
同電位にしてそれらの状態を揃えてから、制御信号W4
1,W42によりFET411,412を「ON」と
し、データ信号線R/W,(R/W)’にフリップフロ
ップ403の状態を出力させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ゲートアレイなどで
は、様々な機能を盛り込み、より高機能な半導体ICが
求められるようになってきている。このような半導体I
Cでは高機能を実現するため高速化することがもとめら
れている。高速,高機能化のためにRAMの搭載が一般
化し、メモリセル回路についても高速性,高機能,低消
費電力といった点が求められている。前述したメモリセ
ル回路では、読み出しの際にプリチャージの時間が必要
なため高速化に限界があり、また、このメモリセル回路
に付加機能のための回路をつけると、ふたつのデータ信
号線R/W,(R/W)’が必要なため、回路のレイア
ウト及び配線が難しいものになってしまう。さらに、回
路の大規模化による発熱を押さえるため、低消費電力化
しなくてはならない。このように、前述したメモリセル
回路では、ゲートアレイの高機能化の問題点の一つとな
っていた。
【0005】本発明は、前述した問題点に鑑み、高速動
作でかつ回路のレイアウト及び配線が容易なメモリセル
回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のメモリセル回路
は、第1のインバータとこの第1のインバータよりも駆
動能力の小さな第2のインバータとがループ状に接続さ
れて構成されたフリップフロップを有し、第1のインバ
ータの入力にフリップフロップへの書き込み入力を制御
する第1の転送ゲートと、第1のインバータの出力にフ
リップフロップの記憶状態を読み出し出力として出力す
る第3のインバータと、読み出し出力と外部回路との接
続を制御する第2の転送ゲートとを備えている。
【0007】ここで、複数の読み出し出力を得たい場合
は、第2の転送ゲートを複数並列に設ける、という構成
にする。
【0008】また、記憶状態をまとめて消去する機能を
付加するときは、第2のインバータをNANDゲート又
はNORゲートに置き換え、NANDゲート又はNOR
ゲートの入力のひとつをフリップフロップの記憶状態消
去用のクリア入力とする、という構成にする。
【0009】
【作用】第2のインバータは第1のインバータよりも駆
動能力が小さく、第1のインバータの入力即ち第2のイ
ンバータの出力に書き込み入力が第1の転送ゲートを介
して接続されているため、フリップフロップへの書き込
みの際、第2のインバータの出力から流れ出す或いは出
力に流れ込む電流が少なくなり、フリップフロップへの
書き込みが行われる。また、論理反転された書き込み入
力が不要になり、単一の書き込み入力で動作する。
【0010】第2の転送ゲートが複数並列に設けられ、
それら第2の転送ゲートがそれぞれ外部回路につながれ
ていると、必要なものだけを接続するような制御をする
ことで、読み出し出力の配線の浮遊容量を減らせるた
め、第3のインバータの負荷が軽減し、出力の過渡応答
が速くなる。
【0011】第2のインバータに代えてNANDゲート
又はNORゲートが用いられていると、所定の信号をN
ANDゲート又はNORゲートの入力のひとつであるク
リア入力に入力するだけでフリップフロップの記憶状態
が消去される。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至図3を用いて説明
する。図1には、本発明の第1実施例のメモリセル回路
が示されている。
【0013】このメモリセル回路はCMOS構成となっ
ていて、インバータ101とインバータ101よりも駆
動能力の小さなインバータ102とがループ状に接続さ
れてフリップフロップ110が構成されている。この図
では、インバータ102の方が駆動能力が小さいのが分
かるように、インバータ102は小さく描かれている。
フリップフロップ110のインバータ101の入力側に
転送ゲート121が設けられている。この転送ゲート1
21は、Nch,PchのMOSトランジスタのドレイ
ン及びソースが接続されたバイラテラルスイッチで構成
され、制御信号W1,W2によりフリップフロップ11
0と、フリップフロップ110への書き込み入力WRI
TEとの接続を制御するものである。フリップフロップ
110のインバータ101の出力側には、インバータ1
03が設けられている。このインバータ103は、フリ
ップフロップ110の記憶状態を読み出し出力READ
として出力するバッファである。このインバータ103
の出力には、読み出し出力READとの接続を制御する
転送ゲート122が設けられている。この転送ゲート1
22も、Nch,PchのMOSトランジスタのドレイ
ン及びソースが接続されたバイラテラルスイッチで構成
され、制御信号W3,W4により制御されている。
【0014】つぎに、このメモリセル回路の動作につい
て説明する。
【0015】このメモリセル回路にデータを書き込む場
合、書き込むデータを書き込み入力WRITEに出力
し、制御信号W1,W2により転送ゲート121を「O
N」とし、フリップフロップ110と書き込み入力WR
ITEとを接続することで書き込まれる。もう少し詳し
く説明すると、フリップフロップ110の記憶状態(イ
ンバータ102の出力の状態)が「0」であるところに
「1」を書き込むとすると、書き込み入力WRITEに
「1」を出力し、転送ゲート121を「ON」とする。
フリップフロップ110と書き込み入力WRITEとが
接続される。書き込み入力WRITE「1」により、イ
ンバータ102は駆動能力が小さいため、インバータ1
02に流れ込む電流が飽和し、インバータ102の出力
は「0」から「1」になる。インバータ101の出力が
「1」から「0」になって、フリップフロップ110の
状態が確定する。この書き込み動作時間は、転送ゲート
121のスイッチングタイム,インバータ102の出力
の状態の遷移時間,インバータ101のディレイタイム
で決定される。ここで、インバータ102は駆動能力が
小さいので、インバータ102に流れ込む電流が小さく
なる。そのため、インバータ102の出力は「0」から
「1」になる時間即ちインバータ102の出力の状態の
遷移時間は、駆動能力が大きいときと比較して短いもの
になり、また、消費電流も少なくなる。
【0016】このメモリセル回路に記憶されたデータを
読み出す場合は、制御信号W3,W4により転送ゲート
122を「ON」とし、インバータ103と読み出し出
力READを接続することで、読み出し出力READに
記憶されたデータが出力される。この場合、インバータ
103がバッファとして働いており、フリップフロップ
110と読み出し出力READが分離されているので、
読み出し出力READに接続された負荷によってメモリ
セル回路に記憶されたデータが変わってしまうのを防止
し、また、余裕のある負荷駆動となっている。
【0017】このように、このメモリセル回路では、書
き込みのための信号線がひとつですむため、回路のレイ
アウト及び配線が容易になり、また、読み出し時のプリ
チャージが不要となり、アクセスタイムが向上する。さ
らに、インバータ103がバッファとして働いており、
読み出し出力に接続する負荷に余裕ができている。ま
た、書き込み入力と読み出し出力とが別系統なので、同
時に書き込みと読み出しができる。
【0018】つぎに、本発明の第2実施例について図2
を用いて説明する。
【0019】この図2のメモリセル回路は、2系統の読
み出し出力READ1,READ2をもち、それぞれ別
個にメモリセル回路に記憶されたデータが読み出される
点に特徴を有している。そのほかの点については、前述
の第1実施例と同等である。
【0020】読み出し出力READ1,READ2は、
転送ゲート122,223を介してインバータ103に
接続されている。転送ゲート223は、制御信号W5,
W6によりフリップフロップ110との接続を制御し、
転送ゲート122とは、別個に制御されている。この回
路は、読み出し出力に複数の負荷が接続されているとき
に用いられ、特に、不要な負荷についての回路を転送ゲ
ートで切り離すことで、消費電力が減少し、また、浮遊
容量の減少によってアクセスタイムが向上する。
【0021】この例では、読み出し出力2系統で示して
あるが、必要に応じてもっと多系統にできる。
【0022】つぎに、本発明の第3実施例について図3
を用いて説明する。
【0023】この図3のメモリセル回路は、図1のイン
バータ102に代えてNORゲート302が用いられ、
NORゲートの入力のひとつにフリップフロップの記憶
状態を消去するクリア入力CLEARを有している点に
特徴を有している。そのほかの点については、前述の第
1実施例と同等である。
【0024】このメモリセル回路では、クリア入力CL
EARを「1」にすることでフリップフロップの記憶状
態を「0」にすることができる。このメモリセル回路で
RAMを構成した場合、クリア入力CLEARを「1」
にすることでRAMの内容を一時に消去できるようにな
る。
【0025】この例では、インバータ102に代えてN
ORゲート302を用いたが、NANDゲートも用いる
ことができる。NANDゲートを用いた場合は、クリア
入力CLEARを「0」にすることでフリップフロップ
の記憶状態が「1」にクリアされる。
【0026】これらの実施例では、転送ゲートをバイラ
テラルスイッチで構成したが、前述した従来例と同様ひ
とつのFETで構成することもできる。
【0027】
【発明の効果】以上、本発明によると、フリップフロッ
プを構成するインバータの一つの駆動能力を小さくする
ことで、書き込み入力による電流が少なくなり、低消費
電力化され、また、フリップフロップの記憶状態の応答
が速くなり、プリチャージ不要になり回路の動作が高速
化する。そして、単一の書き込み入力で動作するので、
書き込み入力の配線がひとつになり、回路のレイアウト
及び配線が容易になる。さらに、読み出し出力の転送ゲ
ートを複数並列に設けることで、読み出し出力のインバ
ータの負荷が軽減し、出力の過渡応答が速くなり、ま
た、フリップフロップを構成するインバータの一つをN
ANDゲートなどに代えることで、新しい機能を付加す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す図。
【図2】本発明の第2実施例を示す図。
【図3】本発明の第3実施例を示す図。
【図4】従来例を示す図。
【符号の説明】
101…インバータ 102…インバータ 103…インバータ 110…フリップフロップ 121…転送ゲート 122…転送ゲート 223…転送ゲート 302…NORゲート 310…フリップフロップ CLEAR…クリア入力 READ…読み出し出力 READ1…読み出し出力 READ2…読み出し出力 WRITE…書き込み入力

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のインバータとこの第1のインバー
    タよりも駆動能力の小さな第2のインバータとがループ
    状に接続されて構成されたフリップフロップを有し、前
    記第1のインバータの入力に前記フリップフロップへの
    書き込み入力を制御する第1の転送ゲートと、前記第1
    のインバータの出力に前記フリップフロップの記憶状態
    を読み出し出力として出力する第3のインバータと、前
    記読み出し出力と外部回路との接続を制御する第2の転
    送ゲートとを備えたことを特徴とするゲートアレイ用メ
    モリセル回路。
  2. 【請求項2】 前記第2の転送ゲートが複数並列に設け
    られていることを特徴とする請求項1記載のゲートアレ
    イ用メモリセル回路。
  3. 【請求項3】 第1のインバータとこの第1のインバー
    タよりも駆動能力の小さなNANDゲート又はNORゲ
    ートとがループ状に接続されて構成されたフリップフロ
    ップを有し、前記NANDゲート又は前記NORゲート
    の入力のひとつを前記フリップフロップの記憶状態消去
    用のクリア入力とし、前記第1のインバータの入力に前
    記フリップフロップへの書き込み入力を制御する第1の
    転送ゲートと、前記第1のインバータの出力に前記フリ
    ップフロップの記憶状態を読み出し出力として出力する
    第3のインバータと、前記読み出し出力と外部回路との
    接続を制御する第2の転送ゲートとを備えたことを特徴
    とするゲートアレイ用メモリセル回路。
JP3156681A 1991-06-27 1991-06-27 ゲートアレイ用メモリセル回路 Pending JPH052888A (ja)

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