JPH09321583A - 高速捕獲ラッチ - Google Patents

高速捕獲ラッチ

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JPH09321583A
JPH09321583A JP9019216A JP1921697A JPH09321583A JP H09321583 A JPH09321583 A JP H09321583A JP 9019216 A JP9019216 A JP 9019216A JP 1921697 A JP1921697 A JP 1921697A JP H09321583 A JPH09321583 A JP H09321583A
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JP
Japan
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latch
coupled
terminal
current
boost
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Pending
Application number
JP9019216A
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English (en)
Inventor
Ross Mactaggard Iain
ロス マックタッガート イアイン
R Welch James
アール.ウェルチ ジェームズ
Fiedlar Alan
フィードラー アラン
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LSI Corp
Original Assignee
LSI Logic Corp
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Publication date
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Publication of JPH09321583A publication Critical patent/JPH09321583A/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
    • H03K3/356104Bistable circuits using complementary field-effect transistors
    • H03K3/356113Bistable circuits using complementary field-effect transistors using additional transistors in the input circuit
    • H03K3/35613Bistable circuits using complementary field-effect transistors using additional transistors in the input circuit the input circuit having a differential configuration
    • H03K3/356139Bistable circuits using complementary field-effect transistors using additional transistors in the input circuit the input circuit having a differential configuration with synchronous operation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力により、迅速に変化するデータに
対し高分解能の捕獲作用を小電力消費で行う高速捕獲ラ
ッチを提供する。 【解決手段】 主要構成は、第2電圧供給端子から第1
電圧供給端子に至る間に直列に配設されたラッチ素子2
4,第1、第2の電流通路,差動データ入力信号が印加
されるラッチ入力A,ANを有する電流進路選定回路1
8、並びにラッチ刻時信号入力を有する切換可能電流源
16に加えて、第1、第2の電流通路と第1の電圧供給
端子との間で、電流進路選定回路18及び切換可能電流
源16に対し並列に接続され、かつそれぞれブースト刻
時信号入力CKD2を有する第1及び第2のブースト電
源20,22、並びに第2電圧供給端子VDDと、ラッ
チ素子24を構成する一対のCMOSインバータ38,
40よりの相補形ラッチ出力との間に、それぞれ並列に
接続され、かつラッチ刻時信号入力を有するプリチャー
ジ回路26,28とを包含する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、捕獲ラッチに関
し、一層特定的にはブースト・トランジスタとプリチャ
ージされた出力とを有する差動捕獲ラッチに関する。
【0002】
【従来の技術】捕獲ラッチすなわち、フリップフロップ
は、高速直列データストリームの刻時(クロック)及び
データ回復のために、例えば特定用途向けIC(ASI
C)のような集積回路の中で用いられる。直列データス
トリームは、1つの集積回路から次の集積回路へと、デ
ータを非常な高速で通過させる。ICの製造工程におけ
る変動に起因して、動作温度、電源電圧レベル、相互結
合及び経路選択、並びに個々の刻時の遅れは、1つの集
積回路から次の集積回路へと相違する、これらの相違
は、各集積回路の刻時と全体的システムの刻時との間に
刻時の歪みを生起させるであろう。
【0003】最初は、局所的なオンチップの刻時は、シ
ステムの刻時と比べてより速いか、あるいはより遅く、
多分位相外れの状態にあるであろう。刻時の歪みを最小
化し、かつ、同期化を達成するために、例えば位相同期
ループが、システムの刻時を追跡し、システムの刻時と
局所的な刻時とを比較し、あらゆる位相差又は周波数差
を検出し、次にオンチップの刻時がシステムの刻時と一
致するまで、局所的な刻時に対して所要の調整を行う目
的のために使用される。その結果、位相同期ループは、
システムの刻時に対し自動追尾状態になる。システムの
中のすべての集積回路がシステムの刻時と一旦同期化さ
れると、全システムは完全に調和して動作する。
【0004】データ回復を目的とする用途においては、
位相同期ループは、直列データストリームの中における
データ伝送の位相及び周波数に対する自動追尾作用を行
う。そのとき局所的な刻時は、直列データストリームを
結合された入力を有する単一の捕獲ラッチを刻時するた
めに用いられる。代表的な捕獲ラッチは、低い分解能と
貧弱な開口(アパーチャ)とを有し、それにより刻時又
はデータの回復をすることが可能な速度をきびしく制限
する。より高度の性能を有する捕獲ラッチは、複雑な回
路構成と刻時作用とを必要とし、そのために集積回路上
で広大な領域を占有し、かつ、大量の電力を消費するこ
とになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低い消費電
力により、迅速に変化するデータに対し高分解能の捕獲
作用を行うことができる高速捕獲ラッチを提供するもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高速捕獲ラッチ
は、簡単な構成、低い消費電力及び高い分解能を有す
る。本発明のラッチは、差動データ入力、ラッチ刻時入
力、ブースト刻時入力、電流の進路選定回路、切換可能
電流源、ラッチ素子、並びに第1及び第2のブースト電
流源を含んでいる。電流進路選定回路は、複数の差動デ
ータ入力にそれぞれ結合された第1及び第2の差動制御
端子を有し、第1及び第2の電流通路をそれぞれ通る電
流を制御する。切換可能電流源は、電流進路選定回路と
第1の電圧供給端子との間に結合されており、ラッチ刻
時入力に結合された制御端子を有する。ラッチ素子は、
第2の電圧供給端子と電流進路選定回路との間に結合さ
れており、ラッチ出力を供給する。第1のブースト電流
源は、ラッチ素子と電流進路選定回路との間の第1の電
流通路に結合されており、ブースト刻時入力に結合され
た制御端子を有する。第2のブースト電流源は、ラッチ
素子と電流進路選定回路との間の第2の電流通路に結合
されており、ブースト刻時入力に結合された制御端子を
有する。
【0007】ラッチ刻時入力に印加されたラッチ刻時信
号は、複数の差動データ入力の評価を開始させる。ラッ
チ素子がラッチ出力を導出し始めた後の一定期間中、ブ
ースト刻時入力に印加されるブースト刻時信号はブース
ト電流源を活性化する。ブースト電流源は、ラッチ素子
に対して追加の電流を供給し、それによりラッチ出力の
分析作用の速度を早め、また同時にラッチ出力から差動
データ入力を切り離す。このようにして、ブースト電流
源は、ラッチの動作速度を早め、かつ、ラッチの開口を
精確に画定する。
【0008】1つの実施例においては、ラッチは、第1
及び第2の相補形のラッチ出力と、同第1及び第2の相
補形ラッチ出力に対しそれぞれ結合された第1及び第2
のプリチャージ回路とを含む。同プリチャージ回路は、
ラッチ刻時入力に結合された制御端子を有する。そのプ
リチャージ回路は、切換可能電流源とは反対に、ラッチ
刻時信号の逆の論理状態に対して能動的であり、それに
よりラッチ素子を活性化する。ラッチ刻時信号が不活性
であるときは、プリチャージ回路は活性化され、ラッチ
出力を選ばれた論理状態に向かってプリチャージし、ラ
ッチ刻時信号が活性であるときは、プリチャージ回路は
不活性になる。このようにして、ラッチ出力は、電流進
路選定回路の第1及び第2の差動制御端子への差動デー
タ入力に応答して相補形論理状態に向かう。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるブースト電
流源とプリチャージ回路とを有する高速捕獲ラッチを示
す概略図である。捕獲ラッチ10は、電圧供給端子VD
DとVSSとの間に接続されている。図1に示す実施例
において、捕獲ラッチ10は、差動ラッチ入力A及びA
N、刻時入力CK、並びに外部ラッチ出力Z及びZNを
含む。捕獲ラッチ10は更に、スルーレート(slew
rate)遅延回路12、ブースト遅延回路14、切
換可能電流源16、電流進路選定回路18、ブースト電
流源20及び22、ラッチ素子24、並びにプリチャー
ジ回路26及び28を含んでいる。
【0010】スルーレート遅延回路12は、刻時入力C
Kと刻時ノードCKD1との間に結合されている。この
スルーレート遅延回路12は、バッファを形成するよう
にそれぞれ互いに直列に接続されたCMOSインバータ
30及び32を含む。CMOSインバータ30は、PM
OSトランジスタM1とNMOSトランジスタM2とを
含む。PMOSトランジスタM1のソースは、電圧供給
端子VDDに接続されている。PMOSトランジスタM
1のゲートは、NMOSトランジスタM2のゲートと共
に、刻時入力CKに結合されている。PMOSトランジ
スタM1のドレインは、NMOSトランジスタM2のド
レインに結合されている。NMOSトランジスタM2の
ソースは、電圧供給端子VSSに接続されている。CM
OSインバータ32は、PMOSトランジスタM3とN
MOSトランジスタM4とを含む。PMOSトランジス
タM3のソースは、電圧供給端子VDDに接続されてい
る。PMOSトランジスタM3のゲートは、NMOSト
ランジスタM4のゲートと共に、PMOSトランジスタ
M1及びNMOSトランジスタM2のそれぞれのドレイ
ンに結合されている。PMOSトランジスタM3のドレ
インは、NMOSトランジスタM4のドレインと共に、
刻時ノードCKD1に結合されている。NMOSトラン
ジスタM4のソースは、電圧供給端子VSSに接続され
ている。スルーレート遅延回路12は、その刻時入力C
Kに、サンプル刻時信号を受け、その刻時ノードCKD
1に、精確に特定された立上り及び立下り特性を有する
遅延ラッチ刻時信号を発生する。
【0011】ブースト遅延回路14は、CMOSインバ
ータ34及び36を含む。ブースト遅延回路14は、刻
時ノードCKD1に結合された入力と、刻時ノードCK
D2に結合された出力とを有する。ブースト遅延回路1
4は、インバータ34及び36を含む。インバータ34
は、PMOSトランジスタM5及びNMOSトランジス
タM6を含む。PMOSトランジスタM5のソースは、
電圧供給端子VDDに接続されている。PMOSトラン
ジスタM5のゲートは、NMOSトランジスタM6のゲ
ートと共に、刻時ノードCKD1に結合されている。P
MOSトランジスタM5のドレインは、NMOSトラン
ジスタM6のドレインに結合されている。NOMSトラ
ンジスタM6のソースは、電圧供給端子VSSに接続さ
れている。CMOSインバータ36は、PMOSトラン
ジスタM7とNMOSトランジスタM8とを含む。PM
OSトランジスタM7のソースは、電圧供給端子VDD
に接続されている。PMOSトランジスタM7のゲート
は、NMOSトランジスタM8のゲートと共に、PMO
SトランジスタM5及びNMOSトランジスタM6のそ
れぞれのドレインに結合されている。PMOSトランジ
スタM7のドレインは、NMOSトランジスタM8のド
レインと共に、刻時ノードCKD2に結合されている。
NMOSトランジスタM8のソースは、電圧供給端子V
SSに接続されている。ブースト遅延回路14は、その
刻時ノードCKD1にラッチ刻時信号を受け、その刻時
ノードCKD2に遅延ブースト刻時信号を発生する。
【0012】切換可能電源16は、NMOSトランジス
タM9を含む。NMOSトランジスタM9のドレイン
は、電流進路選定回路18に接続されている。NMOS
トランジスタM9のゲートは、刻時ノードCKD1に接
続されている。NMOSトランジスタM9のソースは、
電圧供給端子VSSに接続されている。NMOSトラン
ジスタM9は、刻時ノードCKD1に発生されたラッチ
刻時信号の波形の有効端縁において、電流進路選定回路
18に対してラッチ電流IL を供給する。
【0013】電流進路選定回路18は、NMOSトラン
ジスタM10及びM11により形成された差動形トラン
ジスタの対を含む。NMOSトランジスタM10及びM
11のドレインは、それぞれ第1の電流通路11−1及
び第2の電流通路11−2を形成する。NMOSトラン
ジスタM10のゲートは、ラッチ入力Aに結合されてお
り、NMOSトランジスタM11のゲートは、ラッチ入
力ANに結合されている。両NMOSトランジスタM1
0及びM11のソースは、互いに接続され、かつ、切換
可能電流源16のNMOSトランジスタM9のドレイン
に接続されている。NMOSトランジスタM10及びM
11は、ラッチ入力A及びANに印加された入力信号の
相対的極性に従って、ラッチ電流IL の進路を、第1の
電流通路11−1及び第2の電流通路11−2のいずれ
かに選定する。ここで、ラッチ入力信号は、例えば、差
動形アナログ信号かあるいは相補形ディジタル信号でよ
い。本願明細書の発明の詳細な説明及び特許請求の範囲
の欄において用いられる用語「差動形」は、差動形アナ
ログ信号と相補形ディジタル信号との両方を含んでい
る。
【0014】ブースト電流源20はNMOSトランジス
タM12を有し、同NMOSトランジスタ12は、NM
OSトランジスタM10のドレインに結合されたドレイ
ンと、刻時ノードCKD2に結合されたゲートと、電圧
供給端子VSSに結合されたソースとを有する。ブース
ト電流源22はNMOSトランジスタM13を有し、同
NMOSトランジスタM13は、NMOSトランジスタ
M11のドレインに結合されたドレインと、遅延刻時ノ
ードCKD2に結合されたゲートと、電圧供給端子VS
Sに結合されたソースとを有する。ブースト電流源20
及び22は、ラッチ素子24に対し追加の電流を供給す
る。そして、ある時間遅れの後、NMOSトランジスタ
M10及び11のドレインを電圧供給端子VSSに結合
することにより、ラッチ素子24をラッチ入力A及びA
Nから隔離する。上記時間遅れは、ブースト遅延回路1
4により決定され、それは、ブースト遅延回路14の刻
時ノードCKD1に印加されるラッチ刻時信号の波形の
有効端縁と、その刻時ノードCKD2に発生されるブー
スト刻時信号の波形の有効端縁との間の時間差である。
好適実施例においては、ブースト電流源20及び22の
それぞれのブーストトランジスタであるNMOS M1
2及び13は、いずれも低い出力インピーダンスを有す
る。
【0015】ラッチ素子24は、一対の交差結合形CM
OSインバータ38及び40を有する。インバータ38
は、PMOSトランジスタM14とNMOSトランジス
タM15とを含む。PMOSトランジスタM14のソー
スは、電圧供給端子VDDに接続されている。PMOS
トランジスタM14のゲートは、NMOSトランジスタ
M15のゲートと共に、内部ラッチ出力ノードZINT
に結合されている。PMOSトランジスタM14のドレ
インは、NMOSトランジスタM15のドレインと接続
されている。NMOSトランジスタM15のソースは、
NMOSトランジスタM10及びM12のそれぞれのド
レインと結合されている。インバータ40はPMOSト
ランジスタM16とNMOSトランジスタM17とを含
む。PMOSトランジスタM16のソースは、電圧供給
端子VDDに接続されている。PMOSトランジスタM
16のゲートとNMOSトランジスタM17のゲートと
は相互に接続され、それら両者は、同時にPMOSトラ
ンジスタM14及びNMOSトランジスタM15のそれ
ぞれのドレインと、また更に内部ラッチ出力ノードZN
INTと結合されている。PMOSトランジスタM16
のドレインとNMOSトランジスタM17のドレインと
は相互に接続され、それら両者は、同時にPMOSトラ
ンジスタM14及びNMOSトランジスタ15のそれぞ
れのゲートと、また更に内部ラッチ出力ノードZINT
と結合されている。NMOSトランジスタM17のソー
スは、NMOSトランジスタM11及びM13のそれぞ
れのドレインと結合されている。
【0016】プリチャージ回路26及び28は、それぞ
れPMOSプリチャージ・トランジスタM22及びM2
3を含む。トランジスタM22のソースは電圧供給端子
VDDに接続されている。トランジスタM22のゲート
は刻時ノードCKD1に結合されている。トランジスタ
M22のドレインは内部ラッチ出力ノードZINTに結
合されている。トランジスタM23のソースは電圧供給
端子VDDに接続されている。トランジスタM23のゲ
ートは刻時ノードCKD1に結合されている。トランジ
スタM23のドレインは内部ラッチ出力ノードZNIN
Tに結合されている。PMOSプリチャージ・トランジ
スタM22及びM23は、もとよりPMOS装置である
が、それに対し、切換可能電流源16のNMOSトラン
ジスタM9はNMOS装置であるから、PMOSプリチ
ャージ・トランジスタM22及びM23は、ラッチ刻時
信号に関する限り、NMOSトランジスタM9に対し位
相外れである。
【0017】ラッチ10は更にCMOS出力インバータ
42及び44を含む。CMOS出力インバータ42は、
内部ラッチ出力ノードZINTに結合された入力と、外
部ラッチ出力ノードZNに結合された出力とを有する。
CMOS出力インバータ42はPMOSトランジスタM
18及びNMOSトランジスタM19を含む。PMOS
トランジスタM18のソースは電圧供給端子VDDに接
続されている。PMOSトランジスタM18のゲートは
NMOSトランジスタM19のゲートと結合され、それ
らは共に内部ラッチ出力ノードZINTに結合されてい
る。PMOSトランジスタM18のドレインは、NMO
SトランジスタM19のドレインと結合され、それらは
共に外部ラッチ出力ノードZNに結合されている。NM
OSトランジスタM19のソースは電圧供給端子VSS
に接続されている。
【0018】出力インバータ44は、内部ラッチ出力Z
NINTに結合された入力と、外部ラッチ出力ノードZ
に結合された出力とを有する。出力インバータ44はP
MOSトランジスタM20及びNMOSトランジスタM
21を含む。PMOSトランジスタM20のソースは電
圧供給端子VDDに接続されている。PMOSトランジ
スタM20のゲートはNMOSトランジスタM21のゲ
ートと結合され、それらは共に内部ラッチ出力ノードZ
NINTに結合されている。PMOSトランジスタM2
0のドレインは、NMOSトランジスタM21のドレイ
ンと結合され、それらは共に外部ラッチ出力ノードZに
結合されている。NMOSトランジスタM21のソース
は電圧供給端子VSSに接続されている。交差結合形C
MOSインバータ38及び40のそれぞれの入力及び出
力は、内部ラッチ出力ノードZINT及びZNINTに
対し交差結合されているので、それらのインバータ38
及び40は、多少は内部ラッチ出力ノードZINT及び
ZNINTの電圧レベル変動の影響を受けやすい。出力
インバータ42及び44は、外部ラッチ出力ノードZN
及びZから、内部ラッチ出力ノードZINT及びZNI
NTの上記電圧レベル変動の影響を隔離するのに役立
つ。
【0019】上述の構成を有する捕獲ラッチ10の動作
時において、刻時ノードCKD1のラッチ刻時信号が不
活性のときは、プリチャージ・トランジスタM22及び
M23はオンであって、内部ラッチ出力ノードZINT
及びZNINTを高論理値レベルに引き上げる。それら
の値は、出力インバータ42及び44によって反転され
る。このようにして、外部ラッチ出力ノードZ及びZN
は、低論理値レベルに「プリチャージ」される。上記刻
時ノードCKD1のラッチ刻時信号が活性になると、プ
リチャージ・トランジスタM22及びM23はオフにな
り、切換可能電流源16のNMOSトランジスタM9は
オンになる。それにより、電流進路選定回路18のラッ
チ入力A及びANに印加された入力信号の評価が開始さ
れる。例えば、もしラッチ入力Aへの入力信号がラッチ
入力ANへの入力信号よりも大きいと、図1に示された
ラッチ電流IL の大部分は、電流進路選定回路18のN
MOSトランジスタM10の第1の電流通路11−1と
を通って流れる。NMOSトランジスタM10は、イン
バータ38のNMOSトランジスタM15を通る電流を
供給し、それによりラッチ素子24の一対の交差結合形
CMOSインバータ38及び40を不平衡にして、ラッ
チ素子24を通る電流はその一方の岐路に偏倚される。
【0020】ラッチ素子のNMOSトランジスタM15
がオンになり始めると、そのドレインの電位が、従って
PMOSトランジスタM16のゲートの電位は下降す
る。それによりPMOSトランジスタM16はオンにな
り、そのドレインの電位が引き上げられるために、NM
OSトランジスタM15のゲートの電位は上昇するので
NMOSトランジスタM15の導電性は一層増加され
る。上記のように、PMOSトランジスタM16のドレ
インの電位が高くなれば、同時にPMOSトランジスタ
M14のゲートの電位も高くなり、そのため同PMOS
トランジスタM14はオフにされる。その結果、NMO
SトランジスタM15のドレインの電位は一層低下し、
それによりNMOSトランジスタM17のゲートの電位
が低下するので、同NMOSトランジスタM17はオフ
にされる。こようにして、PMOSトランジスタM14
とNMOSトランジスタM17とはオフになり、かつ、
NMOSトランジスタM15とPMOSトランジスタM
16とがオンになることにより、内部ラッチ出力ノード
ZINT及びZNINTは、交互に高及び低の相補形論
理値状態に向かうことになる。
【0021】ブースト遅延回路14によって決定される
遅延時間の経過後、ブースト遅延回路14の刻時ノード
CKD2に発生されるブースト刻時信号は活性となり、
ブースト電流源20及び22のそれぞれのNMOSトラ
ンジスタM12及びM13をオンする。NMOSトラン
ジスタM12及びM13は、電流進路選定回路18のN
MOSトランジスタM10及びM11のドレインをそれ
ぞれ通る電流I1及びI2を強制的に側路させることに
より、ラッチ素子24を、ラッチ入力A及びANから切
り離すように作用する。そのため、ラッチ入力A及びA
Nに印加される信号の相対的極性のいかなる変化も、ラ
ッチ素子24の平衡関係に対して影響を及ぼすことはな
くなる。ブーストNMOSトランジスタM12及びM1
3はまた、ラッチ素子24のインバータ38及び40に
対し追加の電流を供給することにより、交差結合形イン
バータ38及び40の転換の区別を迅速化する。また、
この追加の電流は、CMOS出力インバータ42及び4
4のそれぞれの外部ラッチ出力ノードZN及びZの分析
作用を迅速化する。
【0022】本発明の高速捕獲ラッチは、精確に特定さ
れた開口を有する。ラッチの開口とは、ラッチ素子24
の状態が、ラッチ入力A及びANに印加された入力信号
により影響を受ける間の時間の長さとして定義される。
かくして、ラッチの開口は、ブースト遅延回路14の刻
時ノードCKD1に印加されるラッチ刻時信号の波形の
有効端縁とその刻時ノードCKD2に発生されるブース
ト刻時信号の波形の有効端縁との間の時間の長さとして
限定される。その時間の長さは、ブースト遅延回路14
によって遅延時間を特定することにより精密に確定でき
る。
【0023】スルーレート遅延回路12の中において、
刻時入力CKと刻時ノードCKD1との間においてCM
OSバッファを形成するCMOSインバータ30及び3
2がなければ、ブースト遅延回路14により生じる遅延
は、刻時入力CKに印加されたサンプル刻時信号の立上
り及び立下り特性に依存することになるであろう。も
し、CKD1が長い立上り時間を持っていれば、CKD
1とCKD2との間の遅延時間は短くなる。反対に、も
しCKD1が短い立上り時間を持っていれば、CKD1
とCKD2との間の遅延時間は長くなる。スルーレート
遅延回路12はCDK1の立上り時間及び立下り時間を
精密に画定し、それによりCKD1とCKD2との間の
遅延時間の正確な制御を可能にする。
【0024】図1のスルーレート遅延回路12とブース
ト遅延回路14とは、非同期遅延回路である。これらの
遅延回路はCMOSインバータを用いて具現されている
けれども、本発明においては、任意の非同期又は同期遅
延回路を使用することができる。電圧制御発振器を用い
て具現された同期遅延回路の一例を図2に示す。
【0025】図2は、本発明による高速捕獲ラッチと電
圧制御発振器とを有する位相同期ループ60を示すブロ
ック図である。図2に示す実施例においては、位相同期
ループ60は、複数の捕獲ラッチ66,68及び70、
電圧制御発振器(VCO)72、位相検出器74、チャ
ージポンプ76、並びにループフィルタ78を含む。
【0026】捕獲ラッチ66,68及び70のそれぞれ
は、位相同期ループ60に対する入力62及び64に印
加される直列データストリームのサンプリングをするた
めに上記入力62及び64に結合されたラッチ入力A及
びANを有する。捕獲ラッチ66,68及び70は、更
に、ラッチ刻時入力ノードCKD1、ブースト刻時入力
ノードCKD2、並び相補形ラッチ出力Z及びZNを有
する。捕獲ラッチ66,68及び70は、図1の実施例
のラッチと類似しているが、スルーレート遅延回路12
とブースト遅延回路14とは含んでいない。その代わり
に、捕獲ラッチ66,68,70のそれぞれのラッチ刻
時入力ノードCKD1とブースト刻時入力ノードCKD
2とは、電圧制御発振器(VCO)72に直接に結合さ
れている。
【0027】電圧制御発振器(VCO)72は、複数の
サンプル刻時信号CK1−CK4,……を発生し、各サ
ンプル刻時信号は先行するサンプル刻時信号から少しづ
つ遅延、すなわち遅相している多段電圧制御発振器であ
る。サンプル刻時信号CK1は、ラッチ66のラッチ刻
時入力CKD1に供給される。サンプル刻時信号CK2
は、ラッチ66のブースト刻時入力CKD2と、ラッチ
68のラッチ刻時入力CKD1とに供給される。サンプ
ル刻時信号CK3は、ラッチ68のブースト刻時入力C
KD2と、ラッチ70のラッチ刻時入力CKD1とに供
給される。ブースト刻時入力CKD2のおのおのは、同
一捕獲ラッチの対応するラッチ刻時入力CKD1より少
し遅延している。遅延時間の長さは、ラッチの開口の大
きさの上限を決める。そして、それは、VCO72の電
圧入力80に印加される電圧の値の関数としてVCO7
2より発生されるサンプル刻時信号の位相及び周波数を
制御することより、制御される。
【0028】位相検出器74は、入力データストリーム
の中の遷移(複数)をさがして、それらの遷移の位相及
び周波数に整合するように、VCO72の出力信号の位
相及び周波数を調節する。位相検出器74は、入力デー
タストリームの中の遷移の位相及び周波数と、サンプル
刻時信号CK1−CK4,……の位相及び周波数との間
の相違を表わす位相出力信号をその位相出力82及び8
4に発生する。サンプル刻時信号CK1−CK4,……
の位相が入力データストリームの遷移の位相より遅れて
いるときは、位相検出器74は、サンプル刻時信号の位
相を進ませるべきであることを示すために、「進める」
というラベルを付した位相出力82に高理論値レベル信
号を出力する。サンプル刻時信号CK1−CK4,……
の位相が入力データストリームの遷移の位相より進んで
いるときは、位相検出器74は、サンプル刻時信号の位
相を遅らせるべきであることを示すために、「遅らせ
る」というラベルを付した位相出力84に高論理値レベ
ル信号を出力する。
【0029】チャージポンプ76は、位相検出器74の
位相出力82及び位相出力84のそれぞれと接続されて
いる。チャージポンプ76は、位相検出器74の上記位
相出力82及び位相出力84に発生する位相出力信号の
関数として、ループフィルタ78の両端間電圧の増分値
を増減させ、あるいは維持する。ループフィルタ78の
出力は、VCO72の電圧入力82に接続されており、
それにより、位相検出器74の上記位相出力82及び位
相出力84に発生する位相出力信号に従って、VCO7
2より発生されるサンプル刻時信号の位相及び周波数の
調整を行う。
【0030】
【発明の効果】上述した高い分解能と精密に画定された
開口とは、本発明のラッチを、非常に高速の直列データ
ストリームからデータを捕獲する目的に対し特に有用に
している。しかしながら、本発明のラッチは広範囲の用
途に適用できる。本発明のラッチは、従来技術に見られ
る同様なあるいは劣る性能を有するラッチと比べて、構
成がより簡単である。そのため、ラッチを構成するため
に必要な構成要素の数と所要の空間の大きさとは少なく
て済む。更に、本発明のラッチの消費電力はより少な
い。
【0031】本発明を好適実施例について説明したが、
本発明の技術的範囲から逸脱することなく本発明の構成
の形式及び詳細について変更を行うことが可能であるこ
とを当業者は認識するであろう。例えば、本発明のラッ
チは、さまざまな構成要素を使用し、かつ、さまざまな
構成を用いて具現できる。本発明のラッチは個別の構成
要素を用いて具現でき、あるいは、例えば特定用途向け
IC(ASIC)のような、集積回路の中に埋め込まれ
た半導体装置を用いても具現でき、更にはそれらの両者
の組合せを用いても具現可能である。本発明のラッチは
また、D形フリップフロップのマスタラッチ部分として
も使用できる。本願添付図面に示された回路構成は、例
示の目的だけのために開示されたものである。
【0032】本発明のラッチにおいては、個々の信号又
は装置は能動的であって、高位にも低位にもなりうる。
そして、対応する回路の構成は、特定の慣用の用途に適
合するように改造又は補足することができる。例えば、
図1に示したPMOSプリチャージ・トランジスタM2
2及びM23は、それらのソースは電圧供給端子VDD
に接続されているが、それらのPMOSプリチャージ・
トランジスタM22及びM23は、電圧供給端子VSS
に接続されたソースを有するNMOSプリチャージ・ト
ランジスタにより置換することができる。その場合に
は、切換可能電流源16のNMOSトランジスタM9
は、上記置換されたNMOSプリチャージ・トランジス
タに対し位相外れの状態に留まるように、反対にPMO
Sトランジスタにより置換されるであろう。本願明細書
の記載の中で用いられた用語「結合」は、いろいろな形
式の接続又は連結を含むものであり、それは直接的な接
続又は1つ以上の中間の構成要素を介在させての接続を
含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による捕獲ラッチを示す概略図
である。
【図2】本発明の別の実施例による位相同期ループの中
に結合された捕獲ラッチを示す概略図である。
【符号の説明】
10,66,68,70 捕獲ラッチ 11−1,11−2 第1及び第2の電流通路 12 スルーレート遅延回路 14 ブースト遅延回路 16 切換可能電流源 18 電流進路選定回路 20,22 第1及び第2のブースト電流源 24 ラッチ素子 26,28 プリチャージ回路 30,32 CMOSインバータ 34,36 CMOSインバータ 38,40 交差結合形CMOSインバータ 42,44 CMOS出力インバータ 60 位相同期ループ 62,64 位相同期ループへの入力 72 電圧制御発振器(VCO) 74 位相検出器 76 チャージポンプ 78 ループフィルタ 80 VCO72の電圧入力 82 進相用位相出力 84 遅相用位相出力 VDD,VSS 第2及び第1の電圧供給端子 A,AN ラッチ入力 ZINT,ZNINT 内部ラッチ出力ノード Z,ZN 外部ラッチ出力ノード CK,CK1,CK2,CK3,CK4 サンプル刻時
入力 CKD1 ラッチ刻時入力ノード CKD2 ブースト刻時入力ノード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年6月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ アール.ウェルチ アメリカ合衆国ミネソタ州メイプル グロ ーブ,ローズウッド レーン 8940 (72)発明者 アラン フィードラー アメリカ合衆国ミネソタ州ミネアポリス, エクセルシア ブールバード 3131,ナン バー 609

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラッチであって、 ラッチ刻時入力、 ブースト刻時入力、 第1及び第2の電圧供給端子、 第1及び第2の電流通路を通る電流を制御する第1及び
    第2の差動制御端子を有する電流進路選定回路、 前記電流進路選定回路と前記第1の電圧供給端子との間
    に結合され、かつ、前記ラッチ刻時入力に結合された制
    御端子を有する切換可能電流源、 前記第2の電圧供給端子と前記電流進路選定回路との間
    に結合され、かつ、ラッチ出力を有するラッチ素子、 前記ラッチ素子と前記電流進路選定回路との間の前記第
    1の電流通路に結合され、かつ、前記ブースト刻時入力
    に結合された制御端子を有する第1のブースト電流源、
    並びに前記ラッチ素子と前記電流進路選定回路との間の
    前記第2の電流通路に結合され、かつ、前記ブースト刻
    時入力に結合された制御端子を有する第2のブースト電
    流源を包含することを特徴とするラッチ。
  2. 【請求項2】 請求項1のラッチであって、更に、サン
    プル刻時入力と、該サンプル刻時入力と前記ラッチ刻時
    入力との間に結合されたスルーレート遅延回路とを包含
    することを特徴とするラッチ。
  3. 【請求項3】 請求項1のラッチであって、更に、前記
    ラッチ刻時入力と前記ブースト刻時入力との間に結合さ
    れたブースト遅延回路を含むことを特徴とするラッチ。
  4. 【請求項4】 請求項1のラッチであって、更に、制御
    電圧入力と、前記ラッチ刻時入力と結合された第1の刻
    時出力と、前記ブースト刻時入力と結合された第2の刻
    時出力とを有する多段電圧制御発振器(VCO)を包含
    し、前記第2の刻時出力は前記第1の刻時出力よりも位
    相が遅れていることを特徴とするラッチ。
  5. 【請求項5】 請求項1のラッチにおいて、前記電流進
    路選定回路は、 前記第1の電流通路と直列に結合された第1及び第2の
    端子と、前記第1の差動制御端子を形成する1つの制御
    端子とを有する第1のトランジスタ、並びに前記第2の
    電流通路と直列に結合された第1及び第2の端子と、前
    記第2の差動制御端子を形成する1つの制御端子とを有
    する第2のトランジスタを含み、 前記電流進路選定回路の前記第1及び第2のトランジス
    タのそれぞれの前記第1の端子は前記ラッチ素子と結合
    され、また前記第1及び第2のトランジスタのそれぞれ
    の前記第2の端子は互いに結合され、それらは同時に前
    記切換可能電源と結合されており、更に、 前記第1のブースト電流源は、前記電流進路選定回路の
    前記第1のトランジスタの前記第1の端子と前記第1の
    電圧供給端子との間に結合され、また前記第2のブース
    ト電流源は、前記電流進路選定回路の前記第2のトラン
    ジスタの前記第1の端子と前記第1の電圧供給端子との
    間に結合されていることを特徴とするラッチ。
  6. 【請求項6】 請求項1のラッチにおいて、前記切換可
    能電流源は、前記電流進路選定回路に結合された第1の
    端子と、前記第1の電圧供給端子に結合された第2の端
    子と、該切換可能電流源の制御用端子を形成する1つの
    制御端子とを有するトランジスタを含むことを特徴とす
    るラッチ。
  7. 【請求項7】 請求項1のラッチにおいて、前記ラッチ
    素子は、 第1及び第2の相補形ラッチ出力と、 第1のCMOSインバータであって、 前記第2の電圧供給端子に結合された第1の端子と、第
    2の端子と、前記第1の相補形ラッチ出力に結合された
    1つの制御端子とを有する第1のトランジスタ、及び前
    記第1のトランジスタの前記第2の端子に結合された第
    1の端子と、前記電流進路選定回路の前記第1の電流通
    路に結合された第2の端子と、前記第1の相補形ラッチ
    出力に結合された1つの制御端子とを有する第2のトラ
    ンジスタを含む前記第1のCMOSインバータと、 第2のCMOSインバータであって、 前記第2の電圧供給端子に結合された第1の端子と、前
    記第1のCMOSインバータの前記第1のトランジスタ
    及び前記第2のトランジスタのそれぞれの制御端子と結
    合された第2の端子と、前記第2の相補形ラッチ出力、
    前記第1のCMOSインバータの前記第1のトランジス
    タの第2の端子、及び前記第1のCMOSインバータの
    前記第2のトランジスタの第1の端子と結合された1つ
    の制御端子とを有する第3のトランジスタ、並びに前記
    第3のトランジスタの第2の端子と結合された第1の端
    子と、前記電流進路選定回路の前記第2の電流通路と結
    合された第2の端子と、前記第2の相補形ラッチ出力に
    結合された1つの制御端子とを有する第4のトランジス
    タを含む前記第2のCMOSインバータとを包含するこ
    とを特徴とするラッチ。
  8. 【請求項8】 請求項1のラッチにおいて、 前記第1のブースト電流源は、前記第1の電流通路に結
    合された第1の端子と、前記第1の電圧供給源に結合さ
    れた第2の端子と、該第1のブースト電流源の制御用端
    子を形成する1つの制御端子とを有する第1のブースト
    トランジスタを含み、また前記第2のブースト電流源
    は、前記第2の電流通路に結合された第1の端子と、前
    記第1の電圧供給源に結合された第2の端子と、該第2
    のブースト電流源の制御用端子を形成する1つの制御端
    子とを有する第2のブーストトランジスタを含むことを
    特徴とするラッチ。
  9. 【請求項9】 請求項8のラッチにおいて、前記電流進
    路選定回路は、 前記第1のブーストトランジスタの前記第1の端子及び
    前記ラッチ素子と結合された第1の端子と、前記切換可
    能電流源と結合された第2の端子と、前記第1の差動制
    御端子を形成する1つの制御端子とを有する第1のトラ
    ンジスタ、並びに前記第2のブーストトランジスタの前
    記第1の端子及び前記ラッチ素子と結合された第1の端
    子と、前記切換可能電流源と結合された第2の端子と、
    前記第2の差動制御端子を形成する1つの制御端子とを
    有する第2のトランジスタを包含することを特徴とする
    ラッチ。
  10. 【請求項10】 請求項1のラッチにおいて、前記ラッ
    チ出力は第1及び第2相補形ラッチ出力を含み、かつ、
    前記ラッチは更に、 前記第2の電圧供給端子に結合された第1の端子と、前
    記第1の相補形ラッチ出力に結合された第2の端子と、
    前記ラッチ刻時入力と結合された1つの制御端子とを有
    する第1のプリチャージ・トランジスタ、及び前記第2
    の電圧供給端子に結合された第1の端子と、前記第2の
    相補形ラッチ出力に結合された第2の端子と、前記ラッ
    チ刻時入力と結合された1つの制御端子とを有する第2
    のプリチャージ・トランジスタを包含することを特徴と
    するラッチ。
  11. 【請求項11】 請求項1のラッチにあって、更に、前
    記ラッチ出力と結合されたCMOSインバータを包含す
    ることを特徴とするラッチ。
  12. 【請求項12】データ信号のサンプリングを行うための
    ラッチであって、 データ信号を受け取るための第1及び第2のデータ入
    力、 ラッチ刻時信号を受け取るためのラッチ刻時入力、 ブースト刻時信号を受け取るためのブースト刻時入力、 前記データ信号の関数として、第1及び第2の電流通路
    を通る電流の進路を決めるために、前記第1及び第2の
    データ入力と結合された電流進路選定手段、 前記ラッチ刻時信号の関数として、前記第1及び第2の
    電流通路に電流を供給するために、前記電流進路選定手
    段と前記ラッチ刻時入力とに結合された電流供給源手
    段、 前記第1及び第2の電流通路を通る電流の関数として、
    ラッチされたデータの出力を発生するために、前記電流
    進路選定手段と結合されたラッチ手段、並びに前記ラッ
    チ手段と前記電流進路選定手段との間において前記第1
    及び第2の電流通路と結合され、かつ、前記ブースト刻
    時信号の関数として、前記第1及び第2の電流通路にブ
    ースト電流を供給するために、前記ブースト刻時入力と
    結合されたブースト電流供給手段を包含することを特徴
    とするラッチ。
JP9019216A 1996-02-02 1997-01-31 高速捕獲ラッチ Pending JPH09321583A (ja)

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