JPH0621777A - Field effect transistor logic circuit - Google Patents

Field effect transistor logic circuit

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JPH0621777A
JPH0621777A JP4172223A JP17222392A JPH0621777A JP H0621777 A JPH0621777 A JP H0621777A JP 4172223 A JP4172223 A JP 4172223A JP 17222392 A JP17222392 A JP 17222392A JP H0621777 A JPH0621777 A JP H0621777A
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inverter
input
output
gate
output terminal
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JP4172223A
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Tadashi Maeta
正 前多
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the timing design while keeping the high speed performance and also to reduce th power consumption of an LSI by limiting the load driving ability of an inverter included in a feedback circuit which constructs a latch circuit. CONSTITUTION:When a clock signal phi of a high level is inputted to a clock input terminal 13, the data D applied to a data input terminal 11 is transmitted to an output terminal 42 via an inverter 21. Then the data D is positively fed back by a feedback inverter 22 and held. Under such condition, a clock input signal phi is kept at a low level and therefore the input data are not transmitted to a slave latch 3 of the next stage. When the signal phi is set at a high level, the output of a master latch 2 of the first stage is written into the latch 3. Meanwhile the signal phi is kept at a low level and therefore the latch 2 holds the hitherto data.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタ論
理回路に関し、特に、クロック信号に同期して動作する
D型フリップフロップを構成する電界効果トランジスタ
論理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor logic circuit, and more particularly to a field effect transistor logic circuit forming a D-type flip-flop that operates in synchronization with a clock signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】論理LSIで用いられる従来のD型フリ
ップフロップの代表的な例として、図3にCMOSFE
Tを用いた回路を示す。この回路では、2個のインバー
タと2個のトランスファゲートから成るマスターラッチ
とスレーブラッチとを用いた構成とがとられている。こ
の回路は、構成が簡単で高速で動作する特徴を有してい
る。図3において、27,28,37,38は、トラン
スファゲートであり、21,22,31,32はインバ
ータである。それぞれのトランスファゲートは、p型M
OSFETとn型MOSFETとを並列に接続し、信号
レベルの「しきい値落ち」が発生しないように設計され
ている。現状のMOSFETのしきい値電圧は通常1V
以上であるので、この方式は、データ信号の振幅を確保
するために重要である。
2. Description of the Related Art As a typical example of a conventional D-type flip-flop used in a logic LSI, FIG.
A circuit using T is shown. This circuit has a configuration using a master latch and a slave latch each including two inverters and two transfer gates. This circuit has a feature that it has a simple structure and operates at high speed. In FIG. 3, 27, 28, 37 and 38 are transfer gates, and 21, 22, 31, and 32 are inverters. Each transfer gate is a p-type M
The OSFET and the n-type MOSFET are connected in parallel, and the signal level is designed so that "threshold drop" does not occur. Current MOSFET threshold voltage is usually 1V
As described above, this method is important for ensuring the amplitude of the data signal.

【0003】この回路において、入力データDは、トラ
ンスファゲート27のクロック信号φがロウレベルの時
にマスターラッチ2に取り込まれ、ハイレベル時に保持
される。スレーブラッチ3は、トランスファゲート37
のクロック逆相信号▽φ(▽は、反転を意味する上バー
の代用。以下同じ)がロウレベル時にマスターラッチ2
のデータを取り込み、ハイレベル時に保持する。従っ
て、入力されたデータDは、クロック信号に同期して、
1クロック分遅れて出力されることになる。トランスフ
ァゲート28,38はマスター及びスレーブラッチにお
いて、入力データと保持データとが競合しないように設
けられたものであり、それぞれトランスファゲート2
7,37とは逆相のクロック信号が入力される。
In this circuit, the input data D is taken into the master latch 2 when the clock signal φ of the transfer gate 27 is at low level, and is retained when it is at high level. The slave latch 3 has a transfer gate 37.
Of the clock reverse-phase signal ▽ φ (▽ is a substitute for the upper bar, which means inversion. The same applies below), the master latch 2
The data of is captured and held at the high level. Therefore, the input data D is synchronized with the clock signal,
The output will be delayed by one clock. The transfer gates 28 and 38 are provided in the master and slave latches so that the input data and the held data do not conflict with each other.
A clock signal having a phase opposite to that of 7, 37 is input.

【0004】以上述べたD型フリップフロップでは、C
MOSFETを用いて構成されたものについて説明した
が、図3に示される回路と同様の回路を、砒化ガリウム
(GaAs)結晶を用いた接合ゲート型FETによって
構成することもできる。
In the D-type flip-flop described above, C
Although the configuration using the MOSFET has been described, a circuit similar to the circuit shown in FIG. 3 can be configured with a junction gate type FET using gallium arsenide (GaAs) crystal.

【0005】GaAs結晶はSi結晶に比べ、電子の移
動度が数倍速く、更に半絶縁性基板を容易に得ることが
できるために、集積化を図る際に回路の寄生容量を低減
出来、高速論理動作が可能との考えから各所で精力的な
研究開発が行なわれてきている。GaAs半導体素子を
用いた基本回路形式は種々あるが、エンハンスメント型
FET(MESFET)を用いたDCFL(Direc
t CoupledFET Logic)回路は構成が
簡単で集積化に適し、また、高い電源電圧を必要としな
い点で優れており、これを基本回路とした、100Kゲ
ート規模の集積度を持つゲートアレイも市販されるに至
っている。このDCFL回路は、Si半導体素子のNM
OS回路に相当し、Si半導体素子で開発された論理回
路が、GaAs半導体素子を用いたLSIの設計にも適
用されている。GaAs半導体素子を用いたDCFL回
路の場合、FETのしきい値がエピタキシャル結晶層の
厚さやイオン注入層の不純物濃度の制御等で容易に0V
付近に設定出来るので、CMOSFETを用いた場合と
異なり、トランスファゲートをFET1素子で構成出来
る。
Since the GaAs crystal has electron mobility several times faster than the Si crystal and a semi-insulating substrate can be easily obtained, the parasitic capacitance of the circuit can be reduced at the time of integration, and the high speed is achieved. Energetic research and development have been carried out in various places because of the idea that logical operation is possible. Although there are various basic circuit types using GaAs semiconductor elements, DCFL (Direct) using enhancement type FET (MESFET) is used.
The t CoupledFET Logic) circuit is simple in configuration, suitable for integration, and is excellent in that it does not require a high power supply voltage. A gate array with 100K gate scale integration, which is a basic circuit, is also commercially available. Has reached the end. This DCFL circuit is an NM of Si semiconductor element.
A logic circuit corresponding to an OS circuit and developed with a Si semiconductor element is also applied to the design of an LSI using a GaAs semiconductor element. In the case of a DCFL circuit using a GaAs semiconductor element, the threshold of the FET can be easily set to 0V by controlling the thickness of the epitaxial crystal layer and the impurity concentration of the ion implantation layer.
Since it can be set in the vicinity, unlike the case where the CMOSFET is used, the transfer gate can be composed of the FET1 element.

【0006】尚、近年、半導体製造技術の向上により、
しきい値電圧が1V以下のMOSFETも得られるよう
になっているので、CMOSFETを用いたD型フリッ
プフロップでも、トランスファゲートでの「しきい値落
ち」を軽度に抑え、回路の動作条件にってはトランスフ
ァゲートをNMOSFET1素子だけで構成することも
できる。
In recent years, due to improvement in semiconductor manufacturing technology,
Since a MOSFET with a threshold voltage of 1 V or less can be obtained, even in a D-type flip-flop using a CMOSFET, the "threshold drop" in the transfer gate can be suppressed to a minimum and the operating conditions of the circuit must be met. Alternatively, the transfer gate may be composed of only one NMOSFET element.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図3に示されるCMO
S構成のD型フリップフロップにおいては、正相及び逆
相クロック信号φ,▽φがともにハイレベル又は共にロ
ウレベルの時、マスターラッチ2のデータとスレーブラ
ッチ3のデータの競合のために、誤動作を引き起こす。
例えば、トランスファゲートのオン時の等価抵抗を近似
的に0とみなし、インバータ21とインバータ32のゲ
ート幅とが同程度であれば、インバータ31の入力レベ
ルは中間電位となる。
Problem to be Solved by the Invention CMO shown in FIG.
In the D-type flip-flop having the S configuration, when the positive-phase and negative-phase clock signals φ and ▽ φ are both at the high level or at the low level, a malfunction occurs due to the competition between the data of the master latch 2 and the data of the slave latch 3. cause.
For example, when the equivalent resistance of the transfer gate when turned on is approximately regarded as 0 and the gate widths of the inverter 21 and the inverter 32 are approximately the same, the input level of the inverter 31 becomes the intermediate potential.

【0008】又、GaAs半導体素子で構成されトラン
スファゲートがFET1素子であるようなD型フリップ
フロップにおいても、正相クロック信号φと逆相クロッ
ク信号▽φが共にハイレベルであると、CMOS構成の
場合と同じ現象が起る。一方、正・逆クロック信号が共
にロウレベルであると、帰還用インバータ22,32の
出力がインバータ21,31に帰還されないために、デ
ータが保持されなくなる。
Also in a D-type flip-flop which is composed of a GaAs semiconductor element and whose transfer gate is an FET1 element, when both the positive-phase clock signal φ and the negative-phase clock signal ▽ φ are at a high level, the CMOS configuration is achieved. The same phenomenon occurs as in the case. On the other hand, when both the forward and reverse clock signals are low level, the outputs of the feedback inverters 22 and 32 are not fed back to the inverters 21 and 31, so that data is not retained.

【0009】LSI内部では、配線長の違いから、正相
及び逆相のクロック信号のスキューがずれたり、配線負
荷及びファンアウト負荷により波形が鈍ることで、正・
逆2つのクロック信号がともにロウレベル、またはハイ
レベルである状態が発生しやすい。特に、大規模な論理
LSIでは、配線長が大きくなりファンアウト数が増大
する結果、高速で動作させるには、図3に示す従来のD
型フリップフロップを用いたタイミング設計が非常に困
難であった。また、従来のD型フリップフロップは、正
相、逆相ともにクロック信号を少くとも2本、場合によ
っては4本必要としており、クロック信号を供給するク
ロックバッファ回路の駆動能力を大きく設計する必要が
あるために、消費電力を低減することが難かしいという
欠点があった。
In the LSI, due to the difference in the wiring length, the skew of the clock signals of the positive phase and the negative phase is deviated, and the waveform is blunted by the wiring load and the fanout load.
It is easy for the reverse two clock signals to be both low level or high level. In particular, in a large-scale logic LSI, the wiring length increases and the number of fan-outs increases, and as a result, the conventional D shown in FIG.
Timing design using type flip-flop was very difficult. Further, the conventional D-type flip-flop requires at least two clock signals for both positive and negative phases, and in some cases four clock signals, and it is necessary to design the driving capability of the clock buffer circuit for supplying the clock signal to be large. Therefore, there is a drawback that it is difficult to reduce power consumption.

【0010】近年、EWS(エンジニアリングワークス
テーション)や超高速コンピュータの処理速度向上を目
的としてLSIが高速化されるにつれ、チップの発熱に
よる温度上昇を如何にして冷却するかが大きな問題とな
ってきている。このために、従来のD型フリップフロッ
プの高速性能を維持したままで、タイミング設計が容易
で、しかもLSIの消費電力を低減できる回路が要求さ
れてきている。
In recent years, as the speed of LSIs has been increased for the purpose of improving the processing speed of EWS (engineering workstations) and ultra-high speed computers, how to cool the temperature rise due to heat generation of chips has become a big problem. There is. For this reason, there is a demand for a circuit that can easily perform timing design and reduce the power consumption of an LSI while maintaining the high-speed performance of the conventional D-type flip-flop.

【0011】本発明の目的は、高速性能を維持したまま
でタイミング設計が容易であり、しかもLSIの消費電
力を低減できる電界効果トランジスタ論理回路を提供し
ようとすることにある。
An object of the present invention is to provide a field effect transistor logic circuit which can easily perform timing design while maintaining high speed performance and can reduce the power consumption of an LSI.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の電
界効果トランジスタ論理回路は、入力端に外部から入力
されるデータ信号をクロック信号に同期して取り込み出
力端に出力するトランスファゲートと、入力端が前記ト
ランスファゲートの出力端に接続された第1のインバー
タと、入力端が前記第1のインバータの出力端に接続さ
れ、出力端が前記第1のインバータの入力端に接続さ
れ、負荷駆動能力が前記第1のインバータの負荷駆動能
力よりも小なる第2のインバータとを含み、前記第1の
インバータの出力端から、出力信号を取り出すように構
成されている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a field effect transistor logic circuit, comprising: a transfer gate for receiving a data signal externally input to an input terminal in synchronization with a clock signal and outputting the data signal to an output terminal. A first inverter having an input end connected to the output end of the transfer gate, an input end connected to an output end of the first inverter, an output end connected to an input end of the first inverter, and a load A second inverter having a drive capacity smaller than the load drive capacity of the first inverter, and is configured to extract an output signal from an output terminal of the first inverter.

【0013】請求項2記載の発明の電界効果トランジス
タは、上記の電界効果トランジスタを2段縦例に接続
し、それぞれに互いに反対位相の関係にあるクロック信
号を与えるように構成されている。
A field effect transistor according to a second aspect of the present invention is configured such that the above field effect transistors are connected in a two-stage vertical example, and clock signals having mutually opposite phases are applied to the field effect transistors.

【0014】請求項3記載の発明の電界効果トランジス
タ論理回路は、入力端に外部から入力されるデータ信号
をクロック信号に同期して取り込み出力端に出力するト
ランスファゲートと、入力端が前記トランスファゲート
の出力端に接続されたゲート回路と、入力端が前記ゲー
ト回路の出力端に接続された第1のインバータと、入力
端が前記第1のインバータの出力端に接続され、出力端
が前記ゲート回路の入力端に接続され、負荷駆動能力が
前記ゲート回路の負荷駆動能力よりも小なる第2のイン
バータとを含み、前記ゲート回路の出力端から出力信号
を取り出すように構成されている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a field effect transistor logic circuit, wherein a transfer gate for fetching a data signal externally input to an input end in synchronization with a clock signal and outputting the data signal to an output end, and the transfer gate for the input end. A gate circuit connected to the output end of the first inverter, an input end connected to the output end of the gate circuit, an input end connected to the output end of the first inverter, and an output end connected to the gate A second inverter connected to the input end of the circuit and having a load driving capability smaller than the load driving capability of the gate circuit, and configured to take out an output signal from the output end of the gate circuit.

【0015】請求項4記載の発明の電界効果トランジス
タは、上記の電界効果トランジスタを2段縦列に接続
し、それぞれに互いに反対位相の関係にあるクロック信
号を与えるように構成されている。
A field effect transistor according to a fourth aspect of the present invention is configured such that the field effect transistors are connected in two-stage cascades and clock signals having mutually opposite phases are applied to the field effect transistors.

【0016】[0016]

【作用】本発明による電界効果トランジスタ論理回路に
おいては、データ取り込み用のトランスファゲートと入
出力が互いに接続された2個のインバータとからなるマ
スターラッチと、これと同様の構成のスレーブラッチと
により、D型フリップフロップを形成している。そして
各ラッチ回路の帰還用インバータの駆動能力を小さく設
定することにより、データの競合を防ぎ、ラッチが確実
に行われるようにしている。本発明によれば、トランス
ファゲートのクロック信号は、各ラッチ回路に1本しか
必要としないために、タイミング設計が比較的容易で、
さらに、クロックバッファ回路のファンアウト数が従来
の回路に比較して1/4〜1/2で済むので、クロック
バッファ回路の消費電力を低減することが出来、結果的
にLSIの消費電力を低減することが可能である。
In the field-effect transistor logic circuit according to the present invention, a master latch including a transfer gate for capturing data and two inverters whose input and output are connected to each other, and a slave latch having the same configuration as the master latch It forms a D-type flip-flop. By setting the driving capability of the feedback inverter of each latch circuit to a small value, data competition is prevented and latching is ensured. According to the present invention, since only one clock signal for the transfer gate is required for each latch circuit, the timing design is relatively easy,
Further, since the fanout number of the clock buffer circuit is 1/4 to 1/2 as compared with the conventional circuit, the power consumption of the clock buffer circuit can be reduced, and as a result, the power consumption of the LSI can be reduced. It is possible to

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例の回
路図である。図1を参照すると、本実施例は、マスター
ラッチ2とスレーブラッチ3とが縦列に接続された構成
となっている。本実施例が図3に示される従来のD型フ
リップフロップと異なるのは、それぞれのラッチ回路の
構成である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, this embodiment has a configuration in which a master latch 2 and a slave latch 3 are connected in series. The present embodiment differs from the conventional D-type flip-flop shown in FIG. 3 in the configuration of each latch circuit.

【0018】本実施例におけるマスタラッチ2では、G
aAs結晶を用いた接合ゲート型でエンハンスメント型
のFET23のソース電極をデータ入力端子11に、ゲ
ート電極をクロック入力端子13に、ドレイン電極をイ
ンバータ21の入力端41に接続している。インバータ
21は、入力端41がFET23のドレイン電極に、出
力端42が帰還用インバータ22の入力端に接続されて
いる。インバータ22の出力端はインバータ21の入力
端41に接続されている。このマスターラッチ2におい
て、帰還用インバータ22を構成するFETのゲート幅
は、インバータ21を構成するFETのゲート幅より小
さく設定する。このようにインバータのゲート幅に差を
設ける理由は、入力データを供給する前段の回路(図示
せず)の駆動能力がインバータ22の駆動能力と同程度
である場合にデータの競合が起こるのを防ぐためであ
る。例えば、前段の回路の出力(データ入力端子11の
電位レベル)がハイレベルであり、帰還用インバータ2
2の出力がロウレベルであると、インバータ21の入力
が中間電位となって入力データがラッチされない可能性
があるからである。
In the master latch 2 of this embodiment, G
The source electrode of a junction gate type enhancement type FET 23 using an aAs crystal is connected to the data input terminal 11, the gate electrode is connected to the clock input terminal 13, and the drain electrode is connected to the input terminal 41 of the inverter 21. The input end 41 of the inverter 21 is connected to the drain electrode of the FET 23, and the output end 42 is connected to the input end of the feedback inverter 22. The output end of the inverter 22 is connected to the input end 41 of the inverter 21. In this master latch 2, the gate width of the FET that constitutes the feedback inverter 22 is set smaller than the gate width of the FET that constitutes the inverter 21. The reason for providing the difference in the gate widths of the inverters in this way is that data competition occurs when the driving capability of the circuit (not shown) in the preceding stage that supplies the input data is about the same as the driving capability of the inverter 22. This is to prevent it. For example, the output of the circuit in the previous stage (the potential level of the data input terminal 11) is at the high level, and the feedback inverter 2
This is because if the output of 2 is low level, the input of the inverter 21 may be at an intermediate potential and the input data may not be latched.

【0019】このマスターラッチ2では、クロック入力
端子13にハイレベルのクロック信号φが入力される
と、データ入力端子11に印加されたデータDはインバ
ータ21を介して出力端42に伝達され、さらにインバ
ータ22により正帰還されることで、データが保持され
る。一方、クロック入力信号φがロウレベルの時、ラッ
チ回路はこれまでのデータを保持する。
In this master latch 2, when the high-level clock signal φ is input to the clock input terminal 13, the data D applied to the data input terminal 11 is transmitted to the output terminal 42 via the inverter 21, and further, The data is held by being positively fed back by the inverter 22. On the other hand, when the clock input signal φ is low level, the latch circuit retains the data so far.

【0020】スレーブラッチ3においても、GaAs接
合ゲート型エンハンスメントFET33と、インバータ
31と、帰還用インバータ32とが、マスターラッチ2
におけると同様に接続されてラッチ回路を構成してい
る。
Also in the slave latch 3, the GaAs junction gate type enhancement FET 33, the inverter 31, and the feedback inverter 32 are connected to each other in the master latch 2.
Are connected in the same manner as in (1) to form a latch circuit.

【0021】本実施例では、上述のようなマスターラッ
チ2とスレーブラッチ3とを用いてD型フリップフロッ
プを構成している。マスターラッチ2の出力端42はス
レーブラッチ3のトランスファゲートとしてのFET3
3のソースに接続され、スレーブラッチ3の出力端が出
力端子15となっている。マスターラッチ2のトランス
ファゲートとしてのFET23のゲート電極には正相ク
ローク信号φが入力され、スレーブラッチ3のトランス
ファゲートとしてのFET33のゲート電極には、逆相
クロック信号▽φが入力されている。即ち、マスターラ
ッチ2のトランスファゲートと、スレーブラッチ3のト
ランスファゲートには、互いに反対位相のクロック信号
が入力されている。本実施例は、以下のように動作す
る。
In this embodiment, a D-type flip-flop is constructed by using the master latch 2 and the slave latch 3 as described above. The output terminal 42 of the master latch 2 is the FET 3 as the transfer gate of the slave latch 3.
3 and the output terminal of the slave latch 3 is the output terminal 15. The positive-phase cloak signal φ is input to the gate electrode of the FET 23 as the transfer gate of the master latch 2, and the negative-phase clock signal ∇φ is input to the gate electrode of the FET 33 as the transfer gate of the slave latch 3. That is, clock signals having opposite phases are input to the transfer gate of the master latch 2 and the transfer gate of the slave latch 3. This embodiment operates as follows.

【0022】いま、クロック入力端子13にハイレベル
のクロック信号φが入力されると、データ入力端子11
に印加されたデータDはインバータ21を介して出力端
42に伝達され、さらに帰還用インバータ22により正
帰還されることで、データは保持される。この時、クロ
ック入力信号▽φはロウレベルであるため、入力された
データは次段のスレーブラッチ3には伝わらない。次
に、クロック入力信号▽φがハイレベルとなると、初段
のマスターラッチ2の出力が次段のスレーブラッチ3に
書き込まれる。一方、クロック入力信号φはロウレベル
であるため、初段ラッチ回路はこれまでのデータを保持
している。
Now, when the high-level clock signal φ is input to the clock input terminal 13, the data input terminal 11
The data D applied to is transmitted to the output terminal 42 via the inverter 21, and is further positively fed back by the feedback inverter 22, whereby the data is held. At this time, since the clock input signal ∇φ is low level, the input data is not transmitted to the slave latch 3 in the next stage. Next, when the clock input signal ∇φ becomes high level, the output of the master latch 2 in the first stage is written in the slave latch 3 in the next stage. On the other hand, since the clock input signal φ is at the low level, the first stage latch circuit holds the data so far.

【0023】本実施例において、帰還用インバータ2
2,32を構成するFETのゲート幅は、インバータ2
1,31を構成するFETのゲート幅より小さく設定す
る。このようにインバータのゲート幅に差を設ける理由
は、入力データを供給する前段の回路の駆動能力が次段
の帰還用インバータの駆動能力と同程度である場合にデ
ータの競合が起こるのを防ぐためである。例えば、マス
タラッチ2のインバータ21を構成するFETのゲート
幅とスレーブラッチ3の帰還用インバータ32を構成す
るFETのゲート幅とが同程度で、インバータ21の出
力がハイレベル、帰還用インバータ32の出力がロウレ
ベルの時、入力データはラッチされなくなることがあ
る。
In the present embodiment, the feedback inverter 2
The gate width of the FETs forming the inverters 2 and 32 is equal to that of the inverter 2
The width is set to be smaller than the gate width of the FETs forming 1, 31. The reason for providing the difference in the gate widths of the inverters in this way is to prevent the data contention from occurring when the driving ability of the circuit at the previous stage that supplies the input data is about the same as the driving ability of the feedback inverter at the next stage. This is because. For example, the gate width of the FET that constitutes the inverter 21 of the master latch 2 and the gate width of the FET that constitutes the feedback inverter 32 of the slave latch 3 are approximately the same, the output of the inverter 21 is high level, and the output of the feedback inverter 32 is When is low level, input data may not be latched.

【0024】本実施例は、図3に示される従来のD型フ
リップフロップとは異って帰還用インバータ22,32
の出力にトランスファゲートを必要としないために、ク
ロックバッファのファンアウト数を従来に比較して少く
とも1/2に出来、クロックバッファのゲート幅を小さ
く出来る利点もあり、結果的にLSIの消費電力を低減
出来る効果も有する。特に、GaAs結晶やSi結晶を
用いた接合ゲート型FETを素子として用いると、エピ
タキシャル結晶層の厚さやイオン注入層の不純物濃度の
制御などで、しきい値が0V付近のトランジスタを容易
に得ることができるので、トランスファゲートをFET
1素子だけで構成しても、特に「しきい値落ち」による
データ信号振幅の減衰が問題にならず、その効果は大き
い。
This embodiment is different from the conventional D-type flip-flop shown in FIG. 3 in that feedback inverters 22 and 32 are provided.
Since a transfer gate is not required for the output of, the number of fanouts of the clock buffer can be at least halved compared to the conventional one, and there is also an advantage that the gate width of the clock buffer can be reduced, resulting in the consumption of LSI. It also has the effect of reducing power consumption. In particular, when a junction gate type FET using GaAs crystal or Si crystal is used as an element, it is possible to easily obtain a transistor with a threshold value near 0 V by controlling the thickness of the epitaxial crystal layer and the impurity concentration of the ion implantation layer. Therefore, the transfer gate is FET
Even if it is configured with only one element, attenuation of the data signal amplitude due to "threshold drop" does not pose a problem and its effect is large.

【0025】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図2は、本発明の第2の実施例の回路図である。
図2を参照すると、本実施例が図1に示される第1の実
施例と異るのは、マスターラッチ2およびスレーブラッ
チ3の回路構成である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit diagram of the second embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 2, the present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in the circuit configuration of the master latch 2 and the slave latch 3.

【0026】本実施例におけるマスターラッチ2では、
GaAs結晶を用いた接合ゲート型でエンハンスメント
型のFET23のソース電極をデータ入力端子11に、
ゲート電極をクロック入力端子13に、ドレイン電極を
レベルシフト型ゲート回路24の入力端41に接続して
いる。ゲート回路24は入力端41がFET23のドレ
イン電極に、出力端42がインバータ25の入力端に接
続されている。インバータ25は、入力端がゲート回路
24の出力端42に、出力端がインバータ26の入力端
44に接続されている。インバータ26は、入力が節点
44に、出力端がゲート回路24の入力端41に接続さ
れている。このマスターラッチ2において、インバータ
26を構成するFETのゲート幅は、レベルシフト型ゲ
ート回路24を構成するFETのゲート幅より小さく設
定する。このようにインバータのゲート幅に差を設ける
理由は、入力データを供給する前段の回路の出力と帰還
用インバータの出力のデータの競合が起こるのを防ぐた
めである。
In the master latch 2 of this embodiment,
The source electrode of the junction gate type enhancement type FET 23 using a GaAs crystal is used as the data input terminal 11.
The gate electrode is connected to the clock input terminal 13 and the drain electrode is connected to the input terminal 41 of the level shift type gate circuit 24. The input end 41 of the gate circuit 24 is connected to the drain electrode of the FET 23, and the output end 42 is connected to the input end of the inverter 25. The inverter 25 has an input end connected to the output end 42 of the gate circuit 24 and an output end connected to the input end 44 of the inverter 26. The inverter 26 has an input connected to the node 44 and an output end connected to the input end 41 of the gate circuit 24. In the master latch 2, the gate width of the FET forming the inverter 26 is set smaller than the gate width of the FET forming the level shift gate circuit 24. The reason for providing the difference in the gate width of the inverter in this way is to prevent the contention of the data of the output of the circuit at the previous stage for supplying the input data and the output of the feedback inverter.

【0027】このマスターラッチ2では、クロック入力
端子13にハイレベルのクロック信号φが入力される
と、ゲート回路24を介して出力端42にデータ入力端
子11に印加されたデータDと同相の出力が伝達され、
さらにインバータ25,26により帰還されることで、
データが保持される。次に、クロック入力信号φがロウ
レベルとなると、ラッチ回路は書き込まれたデータを保
持する。帰還用インバータを2段用いた理由は、レベル
シフト型ゲート回路24の電圧利得が1以下であるため
で、このゲート回路の替りに例えば、差動回路の同相出
力を用いた場合には、電圧利得が1以上であることか
ら、帰還用回路は1段にすることが可能である。
In this master latch 2, when a high-level clock signal φ is input to the clock input terminal 13, an output in phase with the data D applied to the data input terminal 11 is output to the output end 42 via the gate circuit 24. Is transmitted,
Further, by being fed back by the inverters 25 and 26,
Data is retained. Next, when the clock input signal φ becomes low level, the latch circuit holds the written data. The reason why two stages of feedback inverters are used is that the voltage gain of the level shift type gate circuit 24 is 1 or less. For example, when the common mode output of the differential circuit is used instead of this gate circuit, Since the gain is 1 or more, the feedback circuit can be provided in one stage.

【0028】スレーブラッチ3においても、GaAs接
合ゲート型エンハンスメントFET33と、レベルシフ
ト型ゲート回路34と、帰還用の2段のインバータ3
5,36とが、マスターラッチ2におけると同様に接続
されてラッチ回路を構成している。
Also in the slave latch 3, a GaAs junction gate type enhancement FET 33, a level shift type gate circuit 34, and a two-stage inverter 3 for feedback.
5, 36 are connected in the same manner as in the master latch 2 to form a latch circuit.

【0029】本実施例では、上述のようなマスターラッ
チ2とスレーブラッチ3とを用いてD型フリップフロッ
プを構成している。マスターラッチ2の出力端42はス
レーブラッチ3のトランスファゲートとしてのFET3
3のソースに接続され、スレーブラッチ3の出力端が出
力端子15となっている。マスターラッチ2のトランス
ファゲートとしてのFET23のゲート電極には正相ク
ロック信号φが入力され、スレーブラッチ3のトランス
ファゲートとしてのFET33のゲート電極には、逆相
クロック信号▽φが入力されている。即ち、マスターラ
ッチ2のトランスファゲートと、スレーブラッチ3のト
ランスファゲートには、互いに反対位相のクロック信号
が入力されている。本実施例は、以下のように動作す
る。
In the present embodiment, the master latch 2 and the slave latch 3 as described above are used to form a D-type flip-flop. The output terminal 42 of the master latch 2 is the FET 3 as the transfer gate of the slave latch 3.
3 and the output terminal of the slave latch 3 is the output terminal 15. The positive-phase clock signal φ is input to the gate electrode of the FET 23 as the transfer gate of the master latch 2, and the negative-phase clock signal ∇φ is input to the gate electrode of the FET 33 as the transfer gate of the slave latch 3. That is, clock signals having opposite phases are input to the transfer gate of the master latch 2 and the transfer gate of the slave latch 3. This embodiment operates as follows.

【0030】図2において、クロック入力端子13にハ
イレベルのクロック信号φが入力されると、ゲート回路
24を介して出力端42にデータ入力端子11に印加さ
れたデータDと同相の出力が伝達され、さらにインバー
タ25,26により帰還されることで、データが保持さ
れる。この時、クロック入力信号▽φはロウレベルであ
るため、入力されたデータは次段のスレーブラッチ3に
は伝わらない。次に、クロック入力信号▽φがハイレベ
ルとなると、初段のマスターラッチ2の出力が次段のス
レーブラッチ3に書き込まれる。一方、クロック入力信
号φはロウレベルであるため、初段のマスターラッチ2
はこれまでのデータを保持している。
In FIG. 2, when a high-level clock signal φ is input to the clock input terminal 13, an output in phase with the data D applied to the data input terminal 11 is transmitted to the output end 42 via the gate circuit 24. Then, the data is held by being fed back by the inverters 25 and 26. At this time, since the clock input signal ∇φ is low level, the input data is not transmitted to the slave latch 3 in the next stage. Next, when the clock input signal ∇φ becomes high level, the output of the master latch 2 in the first stage is written in the slave latch 3 in the next stage. On the other hand, since the clock input signal φ is low level, the master latch 2 in the first stage
Holds the data so far.

【0031】本実施例のDフリップフロップ回路におい
て、インバータ26,36を構成するFETのゲート幅
は、レベルシフト型ゲート回路24,34を構成するF
ETのゲート幅より小さく設定する。このように帰還回
路のインバータの駆動能力に制限を設ける訳は、それぞ
れのラッチ回路に入力データを供給する前段の回路の出
力と帰還用インバータ出力のデータの競合が起こるのを
防ぐためである。
In the D flip-flop circuit of this embodiment, the gate width of the FETs forming the inverters 26 and 36 is F, which forms the level shift type gate circuits 24 and 34.
Set it smaller than the ET gate width. The reason why the drive capability of the inverter of the feedback circuit is limited in this way is to prevent the contention of the data of the output of the feedback inverter and the output of the circuit at the previous stage which supplies the input data to the respective latch circuits.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界効果
トランジスタ論理回路では、ラッチ回路を構成する帰還
回路内のインバータの負荷駆動能力に制限を加えること
によって、従来前段の回路からのデータと帰還回路から
のデータとの競合を防止するために帰還回路内に設けら
れていたトランスファゲートを不用とし、ラッチ回路内
のクロック信号は1本しか必要としないようにされてい
る。
As described above, in the field effect transistor logic circuit of the present invention, by limiting the load driving capability of the inverter in the feedback circuit forming the latch circuit, the data from the circuit of the previous stage can be saved. In order to prevent contention with the data from the feedback circuit, the transfer gate provided in the feedback circuit is made unnecessary, and only one clock signal in the latch circuit is required.

【0033】このことにより、本発明によれば、論理L
SIのタイミング設計を容易にすることができる。又、
クロックバッファ回路のファンアウト数を従来に比較し
て少くとも1/2にできるので、クロックバッファ回路
の消費電力を低減出来、LSIの消費電力を低減するこ
とが可能である。さらには、素子数が少ないことで、同
一機能を持つLSIを小型化できるとともに、同一歩留
りにおいて、さらなる大規模集積化が可能となる。
Therefore, according to the present invention, the logical L
The SI timing design can be facilitated. or,
Since the fanout number of the clock buffer circuit can be reduced to at least 1/2 that of the conventional one, the power consumption of the clock buffer circuit can be reduced and the power consumption of the LSI can be reduced. Furthermore, since the number of elements is small, an LSI having the same function can be downsized, and further large-scale integration can be achieved at the same yield.

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

【図1】本発明の第1の実施例の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】従来のD型フリップフロップの一例の回路図で
ある。
FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional D-type flip-flop.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 マスターラッチ 3 スレーブラッチ 11 データ入力端子 13,14 クロック入力端子 15 出力端子 21,22,25,26,31,32,35,36
インバータ 23,33 FET 24,34 ゲート回路 27,28,37,38 トランスファゲート 41 入力端 42 出力端
2 Master Latch 3 Slave Latch 11 Data Input Terminal 13, 14 Clock Input Terminal 15 Output Terminal 21, 22, 25, 26, 31, 32, 35, 36
Inverter 23,33 FET 24,34 Gate circuit 27,28,37,38 Transfer gate 41 Input terminal 42 Output terminal

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力端に外部から入力されるデータ信号
をクロック信号に同期して取り込み出力端に出力するト
ランスファゲートと、 入力端が前記トランスファゲートの出力端に接続された
第1のインバータと、 入力端が前記第1のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記第1のインバータの入力端に接続され、負荷
駆動能力が前記第1のインバータの負荷駆動能力よりも
小なる第2のインバータとを含み、 前記第1のインバータの出力端から出力信号を取り出す
ように構成された電界効果トランジスタ論理回路。
1. A transfer gate that takes in a data signal externally input to an input terminal in synchronization with a clock signal and outputs the data signal to an output terminal, and a first inverter whose input terminal is connected to an output terminal of the transfer gate. An input terminal connected to an output terminal of the first inverter, an output terminal connected to an input terminal of the first inverter, and a load driving capacity smaller than a load driving capacity of the first inverter; And a field effect transistor logic circuit configured to extract an output signal from an output terminal of the first inverter.
【請求項2】 入力端に外部から入力されるデータ信号
を第1のクロック信号に同期して取り込み出力端に出力
する第1のトランスファゲートと、 入力端が前記第1のトランスファゲートの出力端に接続
された第1のインバータと、 入力端が前記第1のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記第1のインバータの入力端に接続され、負荷
駆動能力が前記第1のインバータの負荷駆動能力よりも
小なる第2のインバータと、 入力端が前記第1のインバータの出力端に接続され、前
記第1のインバータの出力信号を前記第1のクロック信
号とは反対位相の第2のクロック信号に同期して取り込
み出力端に出力する第2のトランスファゲートと、 入力端が前記第2のトランスファゲートの出力端に接続
され、負荷駆動能力が前記第2のインバータの負荷能力
よりも大なる第3のインバータと、 入力端が前記第3のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記第3のインバータの入力端に接続され、負荷
駆動能力が前記第1のインバータの負荷駆動能力および
前記第3のインバータの負荷駆動能力よりも小なる第4
のインバータとを含み、 前記第3のインバータの出力端から出力信号を取り出す
ように構成された電界効果トランジスタ論理回路。
2. A first transfer gate which takes in a data signal externally input to an input terminal in synchronization with a first clock signal and outputs it to an output terminal, and an input terminal which is an output terminal of the first transfer gate. A first inverter connected to the first inverter, an input end connected to an output end of the first inverter, an output end connected to an input end of the first inverter, and a load driving capability of the first inverter. A second inverter having a load driving capability smaller than that of the first inverter; and an input end connected to an output end of the first inverter, and an output signal of the first inverter having a second phase opposite to that of the first clock signal. A second transfer gate that outputs to a capture output terminal in synchronization with the clock signal of the second transfer gate, and an input terminal connected to an output terminal of the second transfer gate, and a load driving capability of the second transfer gate. A third inverter having a load capacity greater than that of the data input terminal, an input terminal connected to an output terminal of the third inverter, an output terminal connected to an input terminal of the third inverter, and a load driving capacity described above. A fourth smaller than the load driving capacity of the first inverter and the load driving capacity of the third inverter;
And a field effect transistor logic circuit configured to extract an output signal from the output terminal of the third inverter.
【請求項3】 入力端に外部から入力されるデータ信号
をクロック信号に同期して取り込み出力端に出力するト
ランスファゲートと、 入力端が前記トランスファゲートの出力端に接続された
ゲート回路と、 入力端が前記ゲート回路の出力端に接続された第1のイ
ンバータと、 入力端が前記第1のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記ゲート回路の入力端に接続され、負荷駆動能
力が前記ゲート回路の負荷駆動能力よりも小なる第2の
インバータとを含み、 前記ゲート回路の出力端から出力信号を取り出すように
構成された電界効果トランジスタ論理回路。
3. A transfer gate which takes in a data signal input from the outside to an input end in synchronization with a clock signal and outputs it to an output end, a gate circuit whose input end is connected to an output end of the transfer gate, and an input. A first inverter having an end connected to the output end of the gate circuit, an input end connected to the output end of the first inverter, an output end connected to the input end of the gate circuit, and a load driving capability A second inverter having a load driving capability smaller than that of the gate circuit; and a field effect transistor logic circuit configured to extract an output signal from an output terminal of the gate circuit.
【請求項4】 入力端に外部から入力されるデータ信号
を第1のクロック信号に同期して取り込み出力端に出力
する第1のトランスファゲートと、 入力端が前記第1のトランスファゲートの出力端に接続
された第1のゲート回路と、 入力端が前記第1のゲート回路の出力端に接続された第
1のインバータと、 入力端が前記第1のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記第1のゲート回路の入力端に接続され、負荷
駆動能力が前記第1のゲート回路の負荷駆動能力よりも
小なる第2のインバータと、 入力端が前記第1のゲート回路の出力端に接続され、前
記第1のゲート回路の出力信号を前記第1のクロック信
号とは反対位相の第2のクロック信号に同期して取り込
み出力端に出力する第2のトランスファゲートと、 入力端が前記第2のトランスファゲートの出力端に接続
され、負荷駆動能力が前記第2のインバータの負荷駆動
能力よりも大なる第2のゲート回路と、 入力端が前記第2のゲート回路の出力端に接続された第
3のインバータと、 入力端が前記第3のインバータの出力端に接続され、出
力端が前記第2のゲート回路の入力端に接続され、負荷
駆動能力が前記第1のゲート回路の負荷駆動能力および
前記第2のゲート回路の負荷駆動能力よりも小なる第4
のインバータとを含み、 前記第2のゲート回路の出力端から出力信号を取り出す
ように構成された電界効果トランジスタ論理回路。
4. A first transfer gate which takes in a data signal externally input to an input terminal in synchronization with a first clock signal and outputs it to an output terminal, and an input terminal which is an output terminal of the first transfer gate. A first gate circuit connected to the first gate circuit, a first inverter having an input terminal connected to the output terminal of the first gate circuit, an input terminal connected to the output terminal of the first inverter, and an output terminal Is connected to the input end of the first gate circuit, the load drive capability is smaller than the load drive capability of the first gate circuit, and the input end is the output end of the first gate circuit. And a second transfer gate for outputting the output signal of the first gate circuit to the output terminal in synchronization with the second clock signal having a phase opposite to that of the first clock signal, and the input terminal The second A second gate circuit connected to the output terminal of the transfer gate and having a load driving capacity larger than that of the second inverter; and an input terminal connected to the output terminal of the second gate circuit. And an input terminal connected to an output terminal of the third inverter, an output terminal connected to an input terminal of the second gate circuit, and a load driving capacity of the first gate circuit. And a fourth smaller than the load driving capability of the second gate circuit
And a field effect transistor logic circuit configured to extract an output signal from an output terminal of the second gate circuit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005518699A (en) * 2002-02-21 2005-06-23 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Integrated circuit having reduced substrate bounce
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