JPH10512112A - パルス型フリップフロップ回路 - Google Patents
パルス型フリップフロップ回路Info
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- JPH10512112A JPH10512112A JP8521121A JP52112195A JPH10512112A JP H10512112 A JPH10512112 A JP H10512112A JP 8521121 A JP8521121 A JP 8521121A JP 52112195 A JP52112195 A JP 52112195A JP H10512112 A JPH10512112 A JP H10512112A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/027—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
- H03K3/037—Bistable circuits
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- Logic Circuits (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
フリップフロップ回路である。フリップフロップ回路(40)は、データ入力(412)からデータ信号を受け取り、トリガ入力(414)からトリガ信号を受け取り、トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生し、パルスに応答してデータ信号を記憶する。あるいは、他の実施形態のフリップフロップ回路(70)は、データ入力(712)を介してデータ信号を受け取り、トリガ入力(714)を介してトリガ信号を受け取り、データ信号をラッチ(711)に記憶し、ラッチに記憶されたデータ信号がデータ入力(712)を介して供給されるデータ信号と一致すると、ラッチ(711)へのトリガ信号を抑止する。
Description
【発明の詳細な説明】
パルス型フリップフロップ回路
発明の分野
本発明は、電気回路の分野に関するものである。より詳しくは、本発明はフリ
ップフロップ回路の設計に関する。
発明の背景
フリップフロップ回路は、半導体デバイスにおいて入力信号によって状態を切
り換えるよう指示されるまである2値状態を保つために用いられる。基本的なフ
リップフロップ回路の変形態様として、クロック式フリップフロップ回路は、ク
ロック信号に応答して、入力レベルに対し応答動作する。このようにして使用さ
れるクロック式フリップフロップ回路は、クロッキング回路によって指示された
とき入力線の情報を読み取るだけのサンプリングデバイスとして機能する。この
フリップフロップ回路は、情報を読み取った後、記憶し、その出力線上に出力す
る。クロック式フリップフロップ回路は、他の如何なる時点においても入力信号
に応答することはなく、入力線上の信号状態の変化の間、不変状態に保たれる。
通常のフリップフロップは、その有用性にも関わらず、多くの短所がある。こ
の種の典型的なフリップフロップとしてマスタ‐スレーブフリップフロップがあ
る。マスタ‐スレーブフリップフロップは、2種類のラッチ、すなわちマスタラ
ッチ及びスレーブラッチで構成される。これらの2つのラッチによって、マスタ
‐スレーブフリップフロップは、エッジトリガデバイス、すなわち正エッジトリ
ガフリップフロップまたは負エッジトリガフリップフロップとして設計すること
ができる。マスタ‐スレーブフリップフロップに供給されるデータ信号はマスタ
ラッチ及びスレーブラッチを通って送られる。マスタラッチ及びスレーブラッチ
はクロック信号に接続されている。マスタラッチは、クロック信号が第1の信号
状態にあるときデータ信号を記憶し、スレーブラッチはクロック信号が第2の信
号状態にあるときマスタラッチからの信号を記憶する。このようにして、マスタ
‐スレーブフリップフロップは、正クロックエッジまたは負クロックエッジの間
にデータ信号をサンプリングし、ホールドする。
従来のマスタ‐スレーブフリップフロップは、比較的低速ではあるが、現行の
設計要件を満たしている。プロセッサデバイスにおいては、マスタ‐スレーブフ
リップフロップはレジスタで使用される。プロセッサにおけるレジスタの速度は
、プロセッサ中の付随組合せ論理素子の速度と共に、プロセッサが動作すること
のできる速度を決定する要因であり、従って、プロセッサの性能特性を決定する
。従来のプロセッサにあっては、組合せ論理素子がクロックサイクルタイムの大
きな部分を占める。しかしながら、より新しいアーキテクチャにおいては、プロ
セッサに使用される組合せ論理回路の速度は改善されている。従って、組合せ論
理回路がクロック周期に占める割合は低下し、フリップフロップがクロック周期
に占める割合が大きくなっている。このように、フリップフロップ遅延はクロッ
ク周期のより大きなパーセンテージを占めるようになっているため、プロセッサ
の総合性能を慨然するためにはフリップフロップの速度を改善することがしだい
に重要になってきた。
さらに、従来のマスタ‐スレーブフリップフロップは、比較的電力消費が大き
かった。かっては、VLSI(超大規模集積回路)は、記憶素子の数が少なく、
比較的簡単なものであった。しかしながら、マイクロプロセッサ及びその他のV
LSI回路の複雑さがますにつれて、記憶素子数もそれに比例して増大し、、従
ってそれに使用されるフリップフロップの数も増加する。フリップフロップ数が
増加するにつれて、フリップフロップのクロッキングが占める電力消費の割合も
大きくなる。従って、マイクロプロセッサのようなVLSI回路で用いられるフ
リップフロップの電力消費を小さくすることがしだいに重要になってきている。
フリップフロップの電力消費を低減することによって、VLSIの電力消費を低
減することができる。
従って、速度をより速くすることを通じて性能を改善したフリップフロップ回
路が要望されている。また、電力消費を低減したフリップフロップ回路も要望さ
れている。
発明の概要
本発明は、新規なフリップフロップ回路にある。本発明のフリップフロップは
、トリガ信号を受け取るためのトリガ信号入力と、データ信号を受け取るための
データ信号入力と、トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生させるため
のトリガ信号入力に接続されたパルスジェネレータと、データ信号を受け取ると
共に、パルス信号に応答してデータ信号を記憶するためのパルスジェネレータに
接続されたラッチとを具備したものである。
本発明の一実施態様においては、パルスジェネレータは、ラッチを具備すると
共に、パルスジェネレータの出力からパルスのラッチに接続されたフィードバッ
ク路を具備する。
本発明のもう一つの実施態様においては、フリップフロップ回路は、トリガ信
号を受け取るためのトリガ信号入力と、データ信号を受け取るためのデータ信号
入力と、データ信号を受け取ると共に、データ信号を記憶するためのデータ信号
入力に接続されたラッチと、データ信号入力が受け取ったデータ信号がラッチに
よって記憶されているデータ信号と一致したときトリガ信号を抑止するためのト
リガ信号入力に接続されたトリガ抑止回路とを具備する。
本発明のさらにもう一つの実施態様においては、トリガ抑止回路は、データ信
号入力が受け取ったデータ信号をラッチにより記憶されているデータ信号と比較
するためのデータ信号入力及びラッチに接続された比較器を具備する。
本発明のさらにもう一つの実施態様においては、トリガ抑止回路は、データ信
号入力が受け取ったデータ信号がラッチにより記憶されているデータ信号と一致
したときトリガ信号を抑止するためのゲートを具備する。
本発明は、さらに、フリップフロップ回路でデータ信号を受け取り、記憶する
方法にある。本発明の方法は、データ入力からデータ信号を受け取るステップと
、トリガ入力からトリガ信号を受け取るステップと、そのトリガ信号のエッジに
応答してパルス信号を発生させるステップと、パルスに応答してデータ信号を記
憶するステップとを具備したものである。
本発明のもう一つの実施態様においては、トリガ信号のエッジに応答してパル
ス信号を発生させるステップが、遅延トリガ信号を発生させるステップと、遅延
トリガ信号をトリガ信号と比較して、パルス信号の立上りエッジを発生させるス
テップと、遅延トリガ信号をトリガ信号と比較して、パルス信号の立下りエッジ
を発生させるステップとを具備する。
本発明のもう一つの実施態様においては、遅延トリガ信号を発生させるステッ
プが、さらに、パルス信号を発生するパルスジェネレータ中のラッチにそのパル
ス信号をフィードバックするステップを具備する。
本発明のさらにもう一つの実施態様においては、本発明の方法は、データ入力
を介してデータ信号を受け取るステップと、トリガ入力を介してトリガ信号を受
け取るステップと、データ信号をラッチに記憶するステップと、ラッチに記憶さ
れたデータ信号をデータ入力を介して受け取ったデータ信号と比較するステップ
と、ラッチに記憶されたデータ信号がデータ入力を介して受け取ったデータ信号
と一致したとき、ラッチへ供給されるトリガ信号を抑止するステップとを具備し
たものである。
図面の簡単な説明
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明するが、これらの図面は例示説明
のためのもので、本発明を限定するためのものではなく、またこれらの図面にお
いて、同じ参照符号は同様の構成要素を指示する。
図1は、本発明の一実施形態のコンピュータシステムをブロック図形式で示し
たものである。
図2は、本発明の第2の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。
図3は、本発明の第3の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。
図4は、本発明の第4の実施形態のフリップフロップ回路を論理図形式で示し
たものである。
図5は、本発明の第5の実施形態のフリップフロップ回路を論理図形式で示し
たものである。
図6は、図5のパルスジェネレータの動作をタイミング図形式で示したもので
ある。
図7は、本発明の第6の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。
図8は、本発明の第7のフリップフロップ回路をブロック図形式で示したもの
である。
図9は、本発明の第8の実施形態のフリップフロップ回路の動作をフローチャ
ート形式で示したものである。
詳細な説明
以下、本発明による新規なフリップフロップを実施形態により詳細に説明する
。以下の詳細な説明においては、本発明の完全な理解を図るため、具体的な詳細
事項を数多く記載する。しかしながら、当業者であれば、本発明がそれらの詳細
事項の記載なしで実施することが可能であることは理解できよう。その他の場合
においては、本発明が不明確にならないようにするために、周知の方法、手順、
構成要素、及び回路については、詳細な説明を省略する。
以下の詳細な説明は、一部、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演
算、処理のアルゴリズム及び記号表現によって記載する。これらのアルゴリズム
的説明及び表現は、データ処理技術分野の当業者がその仕事の内容を他の当業者
に最も効果的に伝達するために用いる手段である。本願において、また一般に、
アルゴリズムとは、所期の結果に至る自己矛盾のないシーケンスをなす一連のス
テップである。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするステップ
である。常にそうであるとは限らないが、通常、これらの物理量は記憶、転送、
結合、比較、及びその他の形で操作することができる電気信号または磁気信号の
形を取る。主として共通の利用という理由から、これらの信号を適時ビット、値
、要素または元、記号、文字、項、数等々と呼称することが都合がよいというこ
とも照明されている。しかしながら、これら及びこれらと同様の用語は適切な物
理量と対応付けられるべきものであり、それらの物理量に貼付される便利のよい
ラベルに過ぎないということを銘記すべきである。以下の説明から自明であると
別途明記されている場合を除き、本発明の全体を通して、「処理する」または「
計算する」または「算出する」または「決定する」または「表示する」等々のよ
うな用語を用いた説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ中の物理
(電子的)量として表されるデータを操作して、コンピュータシステムメモリま
たはレジスタあるいはその他の情報記憶、転送または表示装置内の物理量として
同様に表される他のデータに変換するコンピュータシステムまたは同様の電子計
算装置の動作及びプロセスを意味するものである。
図1は、本発明の一実施形態のコンピュータシステムをブロック図形式で示し
たものである。コンピュータシステム10は、プロセッサ100、バス101、
大容量記憶装置102、メモリ103、キーボードコントローラ104及び表示
装置105を有する。メモリ103、キーボードコントローラ104及び表示装
置105はバス101に接続されており、バス101はプロセッサ100に接続
されている。このようにして、メモリ103、キーボードコントローラ104及
び表示装置105はプロセッサ100と通信することができる。さらに、プロセ
ッサ100は、メモリ103、キーボードコントローラ104及び表示装置10
5と通信する。バス101は、1本のバスでも複数バスを組み合わせたものでも
よい。たとえば、バス101は、ISA(Industry Standard
Architecture;アイサ)バス、EISA(Extended I
ndustry Standard Architecture;イーアイサ)
バス、システムバス、X−バス、PS/2バス、PCI(Peripheral
Components Interconnect;ピーシーアイ)バス、P
CMCIA(Personal Computer Memory Card
International Association;ピーショーエムシーア
イエー)バスで構成することができる。バス101は、コンピュータシステム1
0の構成要素間に通信リンクとしての手段を与える。大容量記憶装置102とし
ては、ハードディスクドライブ、フロッピィディスクドライブ、CD−ROM装
置、フラッシュメモリデバイスまたはその他の記憶装置を用いることができる。
大容量記憶装置102は、メモリ103に情報を供給する。メモリ103は、ダ
イナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)デバイス、スタティックランダ
ムアクセスメモリ(SRAM)デバイス、キャッシュメモリデバイスまたはその
他のメモリデバイスで構成することができる。メモリ103は、大容量記憶装置
102及びプロセッサ100からの情報をプロセッサ100による使用に備えて
記憶する。キーボードコントローラ104は、キーボードとコンピュータシステ
ム10との接続を可能にし、キーボードからコンピュータシステム10へ信号を
送る。表示装置は、テレビ受像機、コンピュータモニタ、フラットパネルディス
プレイあるいはその他の表示装置を用いることができる。表示装置105は、プ
ロセッサ100から情報を受け取り、その情報をコンピュータシステム10のユ
ーザに対して表示する。
プロセッサ100は、複合命令セット演算(CISC)マイクロプロセッサ、
縮小命令セット演算(RISC)マイクロプロセッサあるいはその他のプロセッ
サデバイスを用いることができる。図1において、プロセッサ100は、データ
信号を受け取り、記憶するためのフリップフロップ回路15を有する。フリップ
フロップ回路15は、トリガ信号を受け取るためのトリガ信号入力、データ信号
を受け取るためのデータ信号入力、トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を
発生するトリガ信号入力に接続されたパルスジェネレータ、及びデータ信号を受
け取り、パルス信号に応答してデータ信号を記憶するラッチよりなる。あるいは
、フリップフロップ回路15は、トリガ信号を受け取るためのトリガ信号入力、
データ信号を受け取るためのデータ信号入力、データ信号を受け取り、データ信
号を記憶するためのデータ信号入力に接続されたラッチ、及びデータ信号入力が
受け取ったデータ信号がラッチにより記憶されているデータ信号と一致したとき
トリガ信号を抑止するためのトリガ信号入力に接続されたトリガ抑止回路よりな
る。トリガ信号は、たとえば、クロック信号であり、トリガ信号のエッジは立上
りエッジでも立下りエッジでもよい。
図2は、本発明の第2の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。フリップフロップ回路20は、パルスジェネレータ210、
ラッチ211、データ入力212、データ出力213及びクロック入力214よ
りなる。パルスジェネレータ210は、クロック入力214を介してクロック信
号を受け取る。クロック信号の立上りエッジが現れると、パルスジェネレータ2
10はクロック信号の立上りエッジに応答してパルス信号を発生し、ラッチ21
1に供給する。クロック信号の立下りエッジが現れても、パルスジェネレータは
ラッチ211に供給されるパルス信号を発生しない。ラッチ211はデータ入力
212及びデータ出力213に接続されている。ラッチ211は、通常はデータ
入力212に現れるデータ信号には応答しない。しかしながら、パルスジェネレ
ータ210からパルス信号を受け取ると、ラッチ211は、そのパルス信号の持
続時間中にデータ入力212に現れるデータ信号を伝播させる。パルス信号の後
縁で、ラッチ211はデータ信号を保持する。また、ラッチ211は、データ信
号をデータ出力213に送り、パルスジェネレータ210から次のパルス信号を
受け取るまで、データ信号を送り続ける。ラッチ211は、クロック信号の立上
りエッジによってパルスジェネレータ210から次のパルス信号を受け取ると、
その新しいパルス信号の持続時間中データ入力212に現れる新しいデータ信号
を伝播させ、その新しいデータ信号をデータ出力213へ送る。
パルスジェネレータ210は、クロック信号の立上りエッジが現れたときだけ
ラッチ211に供給されるパルス信号を発生するので、ラッチ211は、クロッ
ク信号の立上りエッジが現れたときのみ、データ信号を保持し、送り出す。従っ
て、フリップフロップ回路20はエッジトリガデバイスである。さらに、フリッ
プフロップ回路20は、従来のマスタ‐スレーブフリップフロップ回路と比較し
て、より高速である。より高速の性能を達成するのに使用することのできる一つ
の方法は、フリップフロップ回路が新しいデータ信号を受け取ってからその新し
い信号を出力するまでにようする時間を短縮することである。一方、この所要時
間は、ゲートの数、及びこれに付随してフリップフロップ回路の入力から出力へ
データ信号が伝播するまでに経過するゲート遅延を少なくすることによって短縮
することができる。
フリップフロップ回路20においては、データ入力212とデータ出力213
の間には1つのラッチ、すなわちラッチ211しかない。クロック信号の立上り
エッジが現れると、データ入力212に現れたデータ信号は、データ出力213
に達するのに、その1つのラッチ、すなわちラッチ211を通って伝播するだけ
でよい。従来のマスタ‐スレーブフリップフロップ回路と比較して、従来のマス
タ‐スレーブフリップフロップ回路では、データ信号は2つのラッチ、すなわち
マスタラッチ及びスレーブラッチを通って伝播しなければならないので、本フリ
ップフロップ回路20は相当に高速である。このように、従来のマスタ‐スレー
ブフリップフロップにおけるデータ信号は、フリップフロップ回路20の場合に
は見られない余分のラッチに付随する余分のゲート及びゲート遅延が伴う。
本発明のもう一つの実施形態においては、パルスジェネレータ210は、クロ
ック信号の立上りエッジではなくクロック信号の立下りエッジに応答して、ラッ
チ211へのパルス信号を発生する。ラッチ211は、パルス信号に応答して、
そのパルス信号の持続時間の間、データ入力212に現れるデータ信号を記憶す
る。また、ラッチ211は、その記憶データ信号をデータ出力213へ送り、ラ
ッチ211がパルスジェネレータ210から次のパルス信号を受け取るまで、そ
の記憶データ信号を送り続ける。
図3は、本発明の第3の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。図示のフリップフロップ回路30は、パルスジェネレータ3
10,ラッチ311,データ入力312、データ出力313、クロック入力31
4及びフィードバック315よりなる。パルスジェネレータ310はクロック入
力314、フィードバック路315及びラッチ311に接続されている。ラッチ
311は、データ入力312及びデータ出力313に接続されている。パルスジ
ェネレータ310、ラッチ311、データ入力312、データ出力313、及び
クロック入力314は、図2のルスジェネレータ210、ラッチ211、データ
入力212、データ出力213及びクロック入力214の場合と同様に動作する
。フィードバック路315は、一端部がパルスジェネレータ310の出力に接続
され、他端部がパルスジェネレータ310の第1の入力に接続されている。フィ
ードバック路314は、パルスジェネレータ310の出力に現れるパルス信号を
パルスジェネレータ310の第1の入力にフィードバックする。パルスジェネレ
ータ310は、その第2の入力を介してクロック信号の立上りエッジを受け取る
と、パルス信号の立上りエッジを出力する。パルス信号の立上りエッジはパルス
ジェネレータ310の出力に現れるので、そのパルス信号の立上りエッジは、フ
ィードバック路315を介してパルスジェネレータ310の第1の入力にフィー
ドバックされる。パルスジェネレータ310は、その第1の入力を介してパルス
信号の立上りエッジを受け取ると、パルス信号の立下りエッジを発生する。この
ようにして、パルスジェネレータ310は立上りエッジと立下りエッジを発生し
、パ
ルス信号を形成する。
図4は、本発明の第4の時のフリップフロップ回路をブロック図形式で示した
ものである。図示のフリップフロップ回路40は、パルスジェネレータ410、
ラッチ411、データ入力412、データ出力413及びクロック入力414よ
りなる。パルスジェネレータ410はクロック入力414及びラッチ411に接
続されている。ラッチ411はデータ入力412及びデータ出力413に接続さ
れている。パルスジェネレータ410は、インバータ420,インバータ421
、インバータ422及びNANDゲート423で構成することができる。インバ
ータ420はクロック入力414及びインバータ421に接続されている。イン
バータ421はインバータ422に接続され、インバータ422はNANDゲー
ト423に接続されている。パルスジェネレータ410はクロック入力414を
介してクロック信号を受け取る。このクロック信号はNANDゲート423に入
力として供給される。NANDゲート423はイネーブル論理回路として機能す
る。これらの他にも、適切な回路を使用することができる。さらに、クロック信
号は、インバータ420、インバータ421及びインバータ422を通って伝播
する。インバータ420及びインバータ421はクロック信号を遅延させるよう
に作用する。インバータ422はクロック信号を反転させると共に、遅延させる
。また、この遅延し反転したクロック信号はNANDゲート423に入力される
。パルスジェネレータ410がクロック信号の立上りエッジを受け取るとき、そ
の立上りエッジは直接NANDゲート423の一方の入力に供給される。NAN
Dゲート423の他方の入力には、立上りエッジを遅延させ、反転させた信号が
供給されるので、NANDゲート423は立下りエッジを出力する。NANDゲ
ート423は、クロック信号の立下りエッジを遅延させ反転させた信号を受け取
ると、立上りエッジを出力する。このようにして、立下りエッジの後に立上りエ
ッジが生じることによってパルス信号が形成され、ラッチ411へ供給される。
ラッチ411は、パスゲート424、インバータ425及びインバータ426
を具備する。パスゲート424はパルスジェネレータ410のNANDゲート4
23に接続され、またインバータ425及びインバータ426に接続されている
。インバータ425はデータ出力426に接続されている。インバータ425及
び
426は互いに逆並列に接続され、ラッチ411の記憶機能を果たす。パスゲー
ト424は、パルスジェネレータ410からパルス信号の立上りエッジを受け取
ると、開いて、データ入力412に現れるデータ信号をインバータ425へ通過
させる。インバータ425及びインバータ426は、パスゲート424を通って
伝播するデータ信号を記憶し、そのデータ信号データ出力413へ送る。パスゲ
ート424は、パルス信号の立下りエッジを受け取ると、閉じ、データ入力41
2に現れる信号はそれ以後インバータ425へは伝播されない。インバータ42
5及びインバータ426は、最後にパスゲート424を通過したデータ信号を記
憶し続け、その最後のデータ信号をデータ出力413へ送り続ける。パルス信号
の次の立上りエッジに応答してパスゲート424がサイド開くと、インバータ4
25及びインバータ426はデータ入力入力412に現れる新しいデータ信号を
記憶する。このようにして、パルスジェネレータ410により発生するパルス信
号は、データ入力412に現れるデータ信号をラッチ411に記憶させる。パル
スジェネレータ410は、図2のパルスジェネレータ210の代わりに使用する
こともできる。
ラッチ411には、その他の適切な回路を入れることも可能である。たとえば
、パスゲート及びインバータに代えて、D‐フリップフロップまたは他の適切な
ラッチング回路あるいはサンプル・ホールド回路を用いることもできる。さらに
、論理ゲートは、バイポーラゲート、CML/ECLゲート、CMOSゲートあ
るいはその他の適切な論理回路技術の素子を用いることができる。ラッチ411
としては、パスゲートラッチ、マルチプレクサラッチ、NAND‐NANDラッ
チ、NOR‐NORラッチ、トライステートラッチまたはその他の適切なラッチ
を用いることができる。
しかしながら、フリップフロップ40は、トランジスタの製造プロセスに伴う
処理加工変動を生じやすい。処理加工変動は、一部のトランジスタでは相互コン
ダクタンスの低下として現れ、他のトランジスタでは相互コンダクタンスの増加
として現れる。インバータ420、インバータ421及びインバータ422を構
成するトランジスタの相互コンダクタンスが大きくなると、インバータのスイッ
チングが高速になり、NANDゲート423へ供給される遅延クロック信号の出
力が早められる。遅延クロック信号の出力が早くなると、遅延立上りエッジのN
ANDゲート423への到達が早くなる。これに対して、クロック信号の立上り
エッジのNANDゲート423への到達は全く早められないので、遅延クロック
エッジの到達が早くなると、NANDゲート423から出力されるパルス信号の
パルス幅が狭くなる結果となる。処理加工変動が極端な場合は、ラッチ411が
データ入力412からのデータ信号を記憶するのに十分な時間に対応する十分な
パルス幅が得られないこともある。処理加工変動がさらに極端な場合は、パスゲ
ート424を開かせるのに十分なパルス高さが得られないこともある。
図5は、本発明の第5の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。図示のフリップフロップ回路50は、パルスジェネレータ5
10、ラッチ511、データ入力512、データ出力513及びクロック入力5
14を具備する。パルスジェネレータ510は、クロック入力514を介して受
け取ったクロック信号の立上りエッジに応答してパルス信号を発生する。このパ
ルス信号はラッチ511へ送られる。パルスジェネレータ510は、フィードバ
ック路515、インバータ520、NANDゲート523、インバータ527及
びラッチ528で構成されている。より詳しくは、ラッチ528は、NORゲー
ト521及びNORゲート522よりなる。この実施形態のラッチ528はリセ
ット‐セットラッチである。パルスジェネレータ510がクロック入力513を
介してクロック信号の立上りエッジを受け取ると、その立上りエッジはインバー
タ520及びNANDゲート523へ送られる。インバータ520へ送られる立
上りエッジはNORゲート521を通って伝播しなければならないから、インバ
ータ520へ送られた立上りエッジはNORゲート522の出力を変化させず、
NANDゲート523はその一方の入力でのみ立上りエッジを受け取る。
その結果、NANDゲート523は、まず、クロック入力514のクロック信
号の立上りエッジに応答して立下りエッジを送り出す。この立下りエッジはイン
バータ527を通って送られ、立上りエッジの形のパルスジェネレータ510の
出力になる。この立上りエッジはフィードバック路515を介してラッチ528
のR入力にフィードバックされる。R入力の立上りエッジに応答して、ラッチ5
28はNANDゲート523へ立下りエッジを出力する。NANDゲート523
は、インバータ527へ立上りエッジを出力し、これがパルスジェネレータ51
0の出力の立下りエッジになる。パルスジェネレータ510の出力の立上りエッ
ジの後にパルスジェネレータ510の立下りエッジが生じることによって、パル
スジェネレータ510によってパルス信号が形成されることになる。パルスジェ
ネレータ510によって発生したパルス信号はラッチ511へ送られる。このよ
うに、NANDゲート523はイネーブル論理回路として機能する。NANDゲ
ート423の代わりに他の適切な回路を使用することも可能である。
この実施形態においては、パルスジェネレータ510の出力とパルスジェネレ
ータ510のリセット入力との間にフィードバック路515が接続されている。
フィードバック路515は、パルスジェネレータ510の出力ではなく、ラッチ
511に接続することもできるということは理解できよう。たとえば、フィード
バック路515は、適宜インバータと共にパスゲート524またはトライステー
トバッファ526に接続することもできる。
ラッチ511はパスゲート524、インバータ525及びトライステートバッ
ファ526よりなる。ラッチ511は、トライステートバッファ526が逆並列
インバータに付随する競合を少なくする点以外は、図4のラッチ411と同様に
動作する。ラッチ511がパルスジェネレータ510からパルス信号を受け取る
と、トライステートバッファ526は開回路として作用する。このように、トラ
イステートバッファ526は、パスゲート524を通って伝播する新しいデータ
信号と「争う」ことはない。パルスジェネレータ510がパルス信号をラッチ5
11へ送らなくなると、トライステートバッファ526はインバータとして働き
、インバータ525と共に、ラッチ511の記憶機能を果たす。パルスジェネレ
ータ510は、図3のパルスジェネレータ310の代わりに用いることも可能で
ある。
ラッチ528は、他の適切な回路を用いることもできる。たとえば、リセット
‐セットラッチの代わりに、D‐フリップフロップまたは他の適切なラッチング
あるいはサンプル・ホールド記憶回路を用いてもよい。さらに、論理ゲートは、
バイポーラゲート、CML/ECLゲート、CMOSゲート、あるいはその他の
適切な論理回路技術によるものであってもよい。ラッチ528は、パスゲートラ
ッチ、マルチプレクサラッチ、NAND‐NANDラッチ、NOR‐NORラッ
チ、トライステートラッチまたはその他の適切なラッチを用いることができる。
本発明のもう一つの実施形態においては、パルスジェネレータ510は、クロ
ック信号の立上りエッジではなく、クロック信号の立下りエッジに応答してパル
ス信号をラッチ511へ供給する。ラッチ511は、そのパルス信号に応答して
、パルス信号の持続時間の間、データ入力512に現れるデータ信号を記憶する
と共に、記憶データ信号をデータ出力513へ送り出し、パルスジェネレータ5
10から次のパルス信号を受け取るまで、その記憶データ信号を送り続ける。
図4のフリップフロップ回路40と異なり、フリップフロップ回路50は、チ
ャンネル長変動の影響を受けにくい。フリップフロップ回路50では、パルス信
号の立上りエッジはクロック信号の立上りエッジがNANDゲート523及びイ
ンバータ527を通って伝播するとき発生する。パルス信号の立下りエッジはパ
ルス信号の立上りエッジがNORゲート522、NANDゲート523及びイン
バータ527を通って送られるとき発生する。その結果、パルス信号の立上りエ
ッジ及びパルス信号の立下りエッジは、どちらもNANDゲート523及びイン
バータ527での信号伝播によって決まるので、NANDゲート523及びイン
バータ527を構成するトランジスタのチャンネル長変動はパルス信号のパルス
幅に影響を及ぼさない。NANDゲート523またはインバータ527のチャン
ネル長変動に起因するパルス信号の立下りエッジが早すぎても、それはパルス信
号の立上りエッジも早く生じることによって補償される。従って、フリップフロ
ップ回路50においては、1つのデバイス、すなわちNORゲート522のチャ
ンネル変動だけがパルス信号のパルス幅に影響を及ぼす。これに対して、上に述
べたように、フリップフロップ40では、3つのデバイス、すなわちインバータ
420、インバータ421及びインバータ422のいずれかにチャンネル長変動
があっても、パルス信号のパルス幅に影響する。このようにフリップフロップ5
0はチャンネル変動の影響を受けにくい。
さらに、フリップフロップ50は、パルスジェネレータ510がフィードバッ
ク路515を介して立上りエッジを受け取った後立下りエッジを送り出すという
ことからも、チャンネル長変動の影響を受けにくい。立下りエッジが立上りエッ
ジとは無関係に発生する図4のフリップフロップ40においては、チャンネル長
変動によって生じる「遅い」あるいは「緩慢な」立上りエッジによって、パルス
幅の小さいあるいはパルス高さの小さいパルス信号が生じることがあり、特にこ
れにやはりチャンネル長変動によって生じる「早い」あるいは「急峻な」遅延立
上りエッジが伴う場合には、その傾向が顕著になる。チャンネル長変動が極端な
場合においては、ラッチ411がデータ入力412からのデータ信号を記憶する
のに十分な時間が確保されるだけの十分なパルス幅が得られない場合もある。チ
ャンネル長変動がさらに極端な場合は、パスゲート424を開かせるのに十分な
パルス高さが得られないこともある。これに対して、フリップフロップ50は、
立上りエッジがフィードバック路515を通過するまで「待って」から、立下り
エッジを生じさせるようになっている。従って、「遅い」または「緩慢な」立上
りエッジには、それに伴って「遅い」立下りエッジが生じる。このようにして、
正しいパルス幅とパルス高さが維持され、チャンネル長変動の影響が軽減される
。
図6は、図5のパルスジェネレータの動作をタイミング図形式で示したもので
ある。波形CLKは、クロック入力514に現れるクロック信号を表している。
また、波形CLKはインバータ520の入力信号及びNANDゲート523の入
力信号の1つも表している。波形Rは、ラッチ528のR入力に現れる入力信号
及びインバータ527の出力信号を表している。また、波形Rは、フィードバッ
ク信号も表している。波形Sはラッチ528のS入力に現れる入力信号及びイン
バータ520の出力信号を表している。波形Qは、ラッチ528のQ出力に現れ
NORゲート521の出力信号及びNORゲート522の入力信号の1つを表し
ている。波形NANDは、NANDゲート523の出力信号及びインバータ52
7の入力信号を表している。
クロック信号が第1の状態、すなわち論理ゼロのとき、インバータ527はラ
ッチ528のR入力へ第1の信号状態を出力する(波形R)。インバータ520
は、第2の信号状態、たとえば“1”をラッチ528のS入力に出力する(波形
S)。また、ラッチ528は、第2の信号状態をNANDゲート523の入力の
1つへ出力する(波形Q)。NORゲート521は、第1の信号状態をNORゲ
の信号状態をインバータ527へ出力する(波形NAND)。クロック信号が第
2の信号状態に遷移するとき、インバータ520は第1のの信号状態を出力し(
波形S)、NANDゲート523も、ゲート遅延による短い期間後に第1の信号
状態を出力する(波形NAND)。NANDゲート523の出力に応答して、イ
ンバータ527が第2の信号状態を出力する(波形R)。インバータ527から
のその信号状態は、ラッチ511へ送られ、またフィードバック路515を介し
てラッチ528のR入力にフィードバックされる。NORゲート522は、イン
バータ527の出力に応答して第1の信号状態を出力し、これがラッチ528の
出力になる(波形Q)。NORゲート522の出力はNANDゲート523及び
NORゲート521へ送られる。NORゲート521は、NORゲート522
も第2の信号状態を出力する(波形NAND)。上に述べたように、NANDゲ
ート523の出力はインバータ527へ送られる。インバータ527は、NAN
Dゲート523の出力に応答して、第1の信号状態を出力する(波形R)。波形
Rによって示されるように、インバータ527は、クロック信号の第1の信号状
態から第2の信号状態への遷移に応答して、第1の信号状態から第2の信号状態
へ、また逆に第2の信号状態から第1の信号状態に遷移する。このようにして、
インバータ527、従ってパルスジェネレータ510はパルス信号を発生し、そ
の信号がラッチ511へ送られる。
パルスジェネレータ510によってパルス信号が発生した後、波形R、S、Q
、
遷移するまで、それぞれの現在の信号状態に保たれる。クロック信号が第2の信
号状態から第1の信号状態へ遷移すると、インバータ520はクロック入力51
4からの第1の信号状態に応答して第2の信号状態を出力する。NORゲート5
21は、インバータ520からの出力に応答して第1の信号状態を出力する。N
ORゲート522は、NORゲート521の出力に応答して第2の信号状態を出
力する。NANDゲート523は、クロック信号の第2の状態から第1の状態へ
の遷移によって影響されることなく、第2のの信号状態を出力し続ける。その結
果インバータ527もクロック信号の第2の状態から第1の状態への遷移によっ
て影響されず、第1の信号状態を出力し続ける。インバータ527はクロック信
号の第2の信号状態から第1の信号状態への遷移によって変化しないので、パル
ス信号は発生しない。従って、パルスジェネレータ510は、クロック信号が第
2の信号状態から第1の信号状態へ遷移するとき(クロック信号の立下りエッジ
の間)、パルス信号を発生しない。
各構成要素が上に述べたように動作するのに伴って、インバータ527はNA
NDゲート523からのパルス信号を遅延させ、反転させた信号を出力する(波
形R)。インバータ520は、クロック信号の遅延反転信号を出力する(波形S
)。NORゲート522もクロック信号の遅延反転信号を出力する。ただし、N
ORゲート522の出力信号は、インバータ502の出力信号より遅延が大きい
(波形Q)。NORゲート521は、インバータ520及びNORゲート522
がどちらも論理0である信号を出力すると、論理1となる信号を出力する。NA
NDゲート523は、クロック信号の立上りエッジに応答して負のパルス信号(
立下りエッジの後に立上りエッジが生じる)を出力する。この負パルス信号の立
下りエッジはクロック信号の立上りエッジによって生じる。負パルス信号の立上
りエッジは、NORゲート522がクロック信号の遅延反転信号を出力すること
によって生じる。
図7は、本発明の第6の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。図示のフリップフロップ回路70は、パルスジェネレータ7
10、ラッチ711、データ入力712、データ出力713、クロック入力71
4、排他NORゲート716及びNORゲート717よりなる。排他NORゲー
ト716の第1の入力はラッチ711に接続され、排他NORゲート716の第
2の入力はデータ入力712に接続されている。排他NORゲート716は比較
器として機能し、ラッチ711に記憶された信号状態をデータ入力712に現れ
る信号状態と比較する。ラッチ711に記憶されている信号状態がデータ入力7
12に現れる信号状態と一致しないときは、排他NORゲート716は第1の信
号状態、たとえば論理0を出力する。これに対して、ラッチ711に記憶された
信号状態がデータ入力712に現れる信号状態に一致すると、排他NORゲート
716は第2の信号状態、たとえば論理1を出力する。排他NORゲート716
の出力は、NORゲート717の第1の入力として供給される。NORゲート7
17はその第2の入力がクロック入力714に接続されている。NORゲート7
17はクロック抑止回路として働き、NORゲート717が排他NORゲート7
16から第2の信号状態を受け取ると、クロック入力714を抑止する。NOR
ゲート717は、排他NORゲート716から第1の信号状態を受け取ると、受
け取ったクロック信号の反転信号を出力する。この反転クロック信号は、のゲー
ト717によってパルスジェネレータ710へ送られる。このようにして、排他
NORゲート716は、ラッチ711に記憶された信号状態をデータ入力712
に現れる信号状態と比較し、NORゲート717と共に、ラッチ711に記憶さ
れている信号状態がデータ入力712に現れた信号状態と一致したとき、クロッ
ク入力714からのクロック信号を抑止する。
図8は、本発明の第7の実施形態のフリップフロップ回路をブロック図形式で
示したものである。図示のフリップフロップ回路80は、マスタラッチ810、
スレーブラッチ811、データ入力812、データ出力813、クロック入力8
14、排他NORゲート816及びNORゲート817で構成されている。フリ
ップフロップ回路80においては、マスタラッチ、スレーブラッチ811はどち
らもクロック入力に接続されていて、クロック信号を受け取る。排他NORゲー
ト816及びNORゲート817は、図7の排他NORゲート716及びNOR
ゲート717と同様に動作する。スレーブラッチ811に記憶された信号状態が
データ入力812に現れた信号状態と一致すると、クロック信号はNORゲート
817と共に動作する排他NORゲート816によって抑止される。
図9は、本発明の第8のフリップフロップ回路の動作をフローチャート形式で
図解したものである。この実施形態のフリップフロップ回路は、ブロック950
に示すように、データ入力からデータ信号を受け取る。フリップフロップ回路は
、ブロック952に示すようにトリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生
する。このパルス信号は、遅延トリガ信号を発生させ、遅延トリガ信号をトリガ
信号と比較してパルス信号の立上りエッジを生じさせ、かつ遅延トリガ信号をト
リガ信号と比較してパルス信号の立下りエッジを生じさせることによって得るこ
と
ができる。あるいは、トリガ信号をラッチのセット入力に供給し、ラッチの出力
をトリガ信号と比較することによっても得ることができる。ブロック953に示
すように、このフリップフロップ回路は、パルス信号に応答してデータ信号を記
憶する。データ信号は、パルスに応答してデータ信号をラッチするか、あるいは
パルス信号に応答してパスゲートを開き、データ信号を記憶回路へ送ることによ
って記憶することができる。
以上の説明においては、本発明をその特定の実施形態に基づいて詳細に説明し
た。しかしながら、特許請求の範囲に記載するところに基づく本発明の広義の精
神及び範囲を逸脱することなく、本発明の様々な修正態様及び変形態様を実施す
ることが可能なことは自明であろう。従って、本願の明細書及び図面は、限定的
な意味ではなく、例示説明を目的とした意味で解釈すべきものである。当業者な
らば、上記説明を読んだ後、本発明の変形態様及び修正態様を数多く想到するこ
とができると考えられるから、上に例示説明のために記載した各特定の実施形態
は、限定的に解釈されることを意図したものではない。従って、それらの特定の
実施形態の細部について言及した文言は、本発明にとって必須と見なされる特徴
のみを謳った特許請求の範囲によって決まる本発明の範囲を限定することを意図
したものではない。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U
G),AL,AM,AT,AT,AU,AZ,BB,B
G,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,CZ,DE
,DE,DK,DK,EE,EE,ES,FI,FI,
GB,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,K
R,KZ,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD
,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,
PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S
K,TJ,TM,TT,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 スミス,ジェフリー・イー
アメリカ合衆国・97007・オレゴン州・ア
ロハ・サウス ウエスト カウフマン ド
ライブ・6990
(72)発明者 フェルナンド,ロスハン・ジェイ
アメリカ合衆国・97229・オレゴン州・ポ
ートランド・ノースウエスト 178ティエ
イチ プレイス・4158
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.トリガ信号を受け取るためのトリガ信号入力と; データ信号を受け取るためのデータ信号入力と; 上記トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生するトリガ信号入力に接 続されたパルスジェネレータと; 上記パルスジェネレータに接続され、上記データ信号を受け取ると共に、パル ス信号に応答してデータ信号を記憶する第1のラッチと; を具備したフリップフロップ回路。 2.上記トリガ信号がクロック信号である請求項1記載のフリップフロップ回路 。 3.上記トリガ信号の上記エッジが立上りエッジである請求項1記載のフリップ フロップ回路。 4.上記トリガ信号の上記エッジが立下りエッジである請求項1記載のフリップ フロップ回路。 5.上記パルスジェネレータが、第2のラッチを具備する請求項1記載のフリッ プフロップ回路。 6.上記パルスジェネレータが、さらに、パルスジェネレータの出力から上記第 2のラッチに接続されたフィードバック路を具備する請求項5記載のフリップフ ロップ回路。 7.上記ラッチがリセット‐セットラッチである請求項5記載のフリップフロッ プ回路。 8.上記フリップフロップ回路が、さらに、上記ラッチから上記パルスジェネレ ータに接続されたフィードバック路を具備する請求項5記載のフリップフロップ 回路。 9.フリップフロップ回路でデータ信号を受け取り、記憶する方法において データ信号をデータ入力から受け取るステップと; トリガ入力からトリガ信号を受け取るステップと; そのトリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生するステップと; パルス信号に応答してデータ信号を記憶するステップと; を具備した方法。 10.上記エッジが立上りエッジである請求項9記載の方法。 11.上記エッジが立下りエッジである請求項9記載の方法。 12 上記信号がクロック信号である請求項9記載の方法。 13 上記パルスに応答して上記データ信号を記憶するステップが、パルス信号 に応答してデータ信号をラッチするステップよりなる請求項9記載の方法。 14.上記パルス信号に上記データ信号を記憶するステップが パルス信号に応答してパスゲートを開くステップと; データ信号を記憶回路へ送るステップと; を具備する請求項9記載の方法。 15.上記トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生するステップが: 遅延トリガ信号を発生するステップと; 遅延トリガ信号をトリガ信号と比較して、パルス信号の立上りエッジを得るス テップと; 遅延トリガ信号をトリガ信号と比較してパルス信号の立下りエッジを得るステ ップと; を具備する請求項9記載の方法。 16.遅延トリガ信号を発生するステップが上記トリガ信号をラッチするステッ プを具備する請求項15記載の方法。 17.遅延トリガ信号を発生するステップが、さらに、上記パルス信号をそのパ ルス信号を発生するパルスジェネレータのラッチにフィードバックするステップ を具備する請求項16記載の方法。 18.上記遅延トリガ信号を上記トリガ信号と比較して上記パルス信号の立上り エッジを得るステップが、遅延トリガ信号及びトリガ信号をイネーブル論理回路 に供給するステップを具備する請求項15記載の方法。 19.上記遅延トリガ信号を上記トリガ信号と比較して上記パルス信号の立下り エッジを得るステップが、遅延トリガ信号及びトリガ信号をイネーブル論理回路 に供給するステップを具備する請求項15記載の方法。 20.上記トリガ信号のエッジに応答してパルスを発生するステップが トリガ信号をラッチのセットに供給するステップと; ラッチの出力をトリガ信号と比較するステップ; を具備する請求項9記載の方法。 21.上記トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生するステップが、さ らに、トリガ信号を反転させるステップを具備する請求項20記載の方法。 22.上記トリガ信号のエッジに応答してパルス信号を発生するステップが、さ らに、パルス信号を上記ラッチのリセット入力にフィードバックするステップを 具備する請求項20記載の方法。 23.トリガ信号をうけとるためのトリガ信号入力と; データ信号を受け取るためのデータ信号入力と; データ信号を受け取ると共に、データ信号を記憶するためのデータ信号入力に 接続されたラッチと; トリガ信号入力に接続されていて、データ信号入力が受け取るデータ信号がラ ッチによって記憶されているデータ信号と一致したときトリガ信号を抑止するト リガ抑止回路と; を具備したフリップフロップ回路。 24.上記トリガ抑止回路が、上記データ信号入力が受け取る上記データ信号を 上記ラッチによって記憶されている上記データ信号と比較するためのデータ信号 入力及びラッチに接続された比較器を具備する請求項23記載のフリップフロッ プ回路。 25.上記トリガ抑止回路が、上記データ信号入力が受け取る上記データ信号が 上記ラッチによって記憶されている上記データ信号と一致したとき、上記トリガ 信号を抑止するためのゲートを具備する請求項23記載のフリップフロップ回路 。 26.フリップフロップ回路でデータ信号を受け取り、記憶する方法において: データにを介してデータ信号を受け取るステップと; トリガ入力を介してトリガ信号を受け取るステップと; データ信号をラッチに記憶するステップと; ラッチに記憶されたデータ信号をデータ入力を介して受け取られるデータ信号 と比較するステップと; ラッチに記憶されているデータ信号がデータ入力を介して受け取られるデータ 信号と一致したとき、ラッチへのトリガ信号を抑止するステップと; を具備した方法。
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