JPS61274417A - フリツプフロツプ回路 - Google Patents

フリツプフロツプ回路

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JPS61274417A
JPS61274417A JP60115781A JP11578185A JPS61274417A JP S61274417 A JPS61274417 A JP S61274417A JP 60115781 A JP60115781 A JP 60115781A JP 11578185 A JP11578185 A JP 11578185A JP S61274417 A JPS61274417 A JP S61274417A
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JP60115781A
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Kenji Sakagami
健二 坂上
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はフリップフロップ回路に係り、特にクロック入
力付きのT型(トグルタイプ)フリップフロップ回路に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来からバイナリカウンタを構成する場合、T型フリッ
プフロップをカスケード接続した構成が多く用いられて
いる。
第17図は従来のフリップフロップ回路の回路構成図で
、特に0MO8で構成されたクロックドゲートを用いた
クロック付きのT型フリップ7Oツブ回路を例示するも
のである。この構成例は、第18図に示すような動作機
能を有し、制御端子下の入力がハイレベルの場合のみク
ロック信号φ。
Φに同期して出力端子Qの状態を反転するという周知の
作用を有する。
ところが、かかる構成を有するりOツク付きT型フリッ
プフロップ回路は、D型(ディレイクイブ)フリップフ
ロップ回路とエクスクルシブオフ回路を含む構成となっ
ているため、回路規模が著しく大きくなって冗長度が高
く、高速動作に向かないという問題点がある。先にも述
べたようにT型フリップフロップ回路はバイナリカウン
タによく使用されるが、マイクロコンピュータ等の高集
積化や高速化に伴い、プログラムカウンタ等を構成する
バイナリカウンタの高集積化や高速化が要求されている
。これに対して、従来構成のT型フリップフロップでは
この要求に応じられないという問題点があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記の従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、回路M模が小さく高速動作が可能なフリッ
プフロップ回路を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するため本発明は、第1および第2の
ゲート手段と、第1の出力端子とその否定出力を行なう
第2の出力端子を有し、りOツク(φ)に同期して入力
端子の状態を第1および第2の出力端子のいずれか一方
に送出するラッチ手段(例えばD型フリップフロップ回
路)とを備え、第1のゲート手段のゲート端子と第2の
ゲート手段のソース端子に反転制御信号を入力し、第1
のゲート手段のソース端子にラッチ手段の第1の出力端
子を接続し、第2のゲート手段のゲート端子にラッチ手
段の第2の出力端子を接続し、第1および第2のゲート
手段のドレイン端子をラッチ手段の入力端子に接続する
ことにより、クロックのサイクル毎に反転制御信号によ
ってラッチ手段の出力(Q、Q)の反転が制御されるよ
うにしたフリップフロップ回路を提供するものである。
そしてこの回路の構成例は、第2図および第5図に具体
的に示されている。例えば第2図において、ラッチ手段
の第1.第2の出力端子はQ、Q端子に相当し、第1.
第2のゲート手段はトランジスタn1.plに相当する
また本発明は、第1、第2および第3のゲート手段と、
第1の出力端子とその否定出力を行なう第2の出力端子
を有し、クロックに同期して入力端子の状態を第1およ
び第2の出力端子のいずれか一方に送出するラッチ手段
(例えばD型フリップフロップ回路)とを備え、第1お
よび第3のゲート手段のゲート端子と第2のゲート手段
のソース端子に反転制御信号を入力し、第1のゲート手
段のソース端子にラッチ手段の第1の出力端子を接続し
、第2のゲート手段のグー4ト端子にラッチ手段の第2
の出力端子を接続し、□第3のゲート手段のソース端子
にラッチ手段の第2の出力端子を接続し、第1、第2お
よび第3のゲート手段のドレイン端子をラッチ手段の入
力端子に接続するようにしたフリップフロップ回路を提
供するものである。そしてこの回路の構成例は、第1図
、第3図、第4図および第6図に詳細に示されている。
例えば第1図において、第1.第2の出力端子はQ、Q
端子に相当し、第1.第2および第3のゲート手段はト
ランジスタn1.plおよびp2に相当する。
さらに、本発明は、第1および第3のゲート手段と、第
1の出力端子とその否定出力を行なう第2の出力端子を
有し、クロックに同II して入力端子の状態を第1お
よび第2の出力端子のいずれか一方に送出するラッチ手
段(D型フリップフロップ回路)とを備え、第1および
第3のゲート手段のゲート端子に第2の反転制御信号を
入力し、第1のゲート手段のソース端子にラッチ手段の
第1の出力端子を接続し、第3のゲート手段のソース端
子にラッチ手段の第2の出力端子を接続し、第1および
第3のゲート手段のドレイン端子をラッチ手段の入力端
子に接続するようにしたフリップフロップ回路を提供す
るものである。そしてこの回路の構成例は、第7図およ
び第8図に詳細に示されており、変形例が第9図および
第10図に示されている。例えば第7図において、第1
.第2の出力端子はQ、0m子に相当し、第1.第2の
ゲート手段はトランジスタn1. plに相当する。
さらに本発明は、第1.第2J5よび第3のグー、ト手
段と、第1の出力端子とその否定出力を行なう第2の出
力端子を有し、クロックに同期して入力端子の状態を第
1および第2の出力端子のいずれか一方に送出するラッ
チ手段(D型フリップフロップ回路)とを備え、第1の
ゲート手段のゲート端子に第1の反転制御信号を入力し
、第2のゲート手段のソース端子と第3のゲート手段の
ゲート端子に第2の反転制御信号を入力し、第1のゲー
ト手段のソース端子にラッチ手段の第1の出力端子を接
続し、第2のゲート手段のゲート端子にラッチ手段の第
1の出力端子を接続し、第3のゲート手段のソース端子
にラッチ手段の第2の出力端子を接続し、第1.第2お
よび第3のゲート手段のドレイン端子をラッチ手段の入
力端子に接続するようにしたフリップフロップ回路を提
供づるものである。そしてこの回路の構成例は、第10
図および第12図に詳細に説明されている。例えば第1
0図において、第1.第2の出力端子はQ。
Q端子に相当し、第1.第2および第3のゲート手段は
トランジスタn3.plおよびnlに相当する。
(発明の実施例) 以下、図面を参照しながら本発明のいくつかの実施例を
説明する。
第1図は一実施例に係るT型フリップフロップ回路のブ
ロック図である。同図に示すように、D型フリップフロ
ップ回路(ラッチ手段)DIのQ端子(第2の出力端子
)出力はPチャンネルトランジスタ(第2のゲート手段
)plにゲート入力として与えられる。一方、D型フリ
ップフロップ回路D1のQ出力端子およびQ出力端子(
第1の出力端子)はそれぞれPチャンネルトランジスタ
(第3のゲート手段)p2、Nチャンネルトランジスタ
(第1のゲート手段>nlのソース入力として接続され
る。T端子入力(反転制御信号)はトランジスタル2.
トランジスタn1のゲートならびにトランジスタp1の
ソースに入力される。
トランジスタp1.p2.n1の各ドレインはD型フリ
ップフロップD1のD端子入力DIとなる。
かかる構成において、■が“1″でQが“1”の場合に
は、トランジスタn1はオンでD型フリップフロップD
1のD端子入力DIはO”となるため、りOツクφに同
期してデータ゛0”がD型フリップ70ツブD1にラッ
チされる。一方、王が“1”でQがII O”の場合に
は、トランジスタp1がオンでD端子入力DIがパ1”
となるため、データ゛1″がラッチされることとなる。
また、■が“OITでQが“1″の場合には、トランジ
スタp2がオンとなりDI子入力DIが“1″となるた
め、D型フリップフロップD1にはデータとして、1”
がラッチされる。つまりQ出力は前の出力値を保持する
。さらに、■が“O”でQがO″の場合には、トランジ
スタp1. p2がオンでD@i子入力1) Iが“0
″となるため、D型フリップフロップ回路D1にはデー
タとして“Onがラッチされる。つまり、Q出力は前の
値を保持する。
上述のように第1図の構成の回路は、■端子がII 1
 ffの時にクロックφに同期してD型フリップフロッ
プD1のQ出力を反転する。
第2図は本発明の第2の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。この実施例が第1図に示すも
のと異なる点は、トランジスタ(第3のゲート手段)p
2を省略したことである。
このように構成することにより、■が°O”でQが“1
”の時には、トランジスタ(第2のゲート手段)pl、
トランジスタ(第1のゲート手段)nlが共にオフとな
るが、この場合、ゲート容量によってD型フリツブフO
ツブ(ラッチ手段)DlのQ端子(第2の出力端子)出
力を保持することにより、所期の動作を行なわせる。
上述のように構成することによって、第1図のものに比
べてより少ない素子数でT型動作を行なわせることがで
きる。
第3図は本発明の第3の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。この実施例が第1図に示すも
のと異なる点は、D型フリップ70ツブ回路(ラッチ手
段)Dlの出力QとQの接続を入れ替えた(Q端子を第
1の出力端子、Q端子を第2の出力端子とした)ことで
ある。また動作としては、■端子に入力される制御信号
が“0”の時に出力Q、Qを反転させるようにしたこと
である。
さて、第1図の構成において、■が1”でQがII I
 IIの場合には、トランジスタn1でVssを駆動す
るので、十分に高速でD端子入力DIをディスチャージ
することが可能である。一方、■が″“1”でQが“0
″の場合には、トランジスタp1でV。、を駆動するの
で、十分に高速でDra子入力DIをプリチャージする
ことが可能である。
つまり、非常に高速にトグル動作を行なわせることがで
きる。
一方、王が110 IfでQがパ1”の場合には、トラ
ンジスタp2でV。0を駆動するので、十分に高速でD
端子入力DIをプリチャージすることが可能である。し
かし、D端子入力DIはあらかじめプリチャージされて
いるので、トランジスタp2の駆動能力を問題にする必
要はない。また、王がO″でQが1″の場合には、トラ
ンジスタ01、 p2でVSSを駆動するがD端子入力
DIはあらかじめディスチャージされているので、トラ
ンジスタp1. p2の駆動能力は問題にする必要はな
い。
ここで、第1図の構成と第17図に示した従来の構成の
速度を比較すると、D端子入力DIの状態を決定するの
に要するゲートの段数が従来の数段から1段になってい
るため、高速処理が可能である。つまり、本実施例の構
成によれば、T型フリップ70ツブ回路の高集積化が可
能で、さらに高速動作と高信頼性を実現することができ
る。このことは、第2図、第3図の実施例の場合も同様
にあてはまるものである。
なお、第2図の構成をコンピュータシミュレージョンし
た場合の結果を第16図の特性図に示す。
第4図は本発明の第4の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。同図に示すように、D型フリ
ップフロップ(ラッチ手段)01のQ@子(第1の出力
端子)出力はトランジスタ(第2のゲート手段)n2に
ゲート入力として与えられる。一方、D型フリップフロ
ップ回路D1のQ出力端子(第2の出力端子〉およびQ
出力端子は、それぞれトランジスタ(第3のゲート手段
)p2、トランジスタ(第1のゲート手段)nlのソー
ス入力として接続される。Ti子大入力反転制御信号)
はトランジスタp2、nlのゲートおよびトランジスタ
n2のソースに入力される。トランジスタp2、nl、
n2の各ドレインはD型フリップフロップ回路D1の0
端子人力01となる。
この第4図に示す構成の実施例が5第1図のものと異な
る点は、T端子をD入力端芋DIに接続するトランジス
タをトランジスタp1からトランジスタn2に変え、こ
のトランジスタのゲート信号をQ端子からとる代わりに
Q端子から得るようにしたことである。
つまり、第4図のものは第1図の構成のものと全く同じ
作用を有するものであり、高速応答性、高信頼性、高集
積性を実現することができる。
第5図は本発明の第5の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。この実施例が第4図のものと
異なる点は、トランジスタn1を省略したこと、ならび
にQ端子、Q端子の接続を入れ替えたこと゛である。
本構成は第2図の構成に対応するもので、より少ない素
子数でT型動作を行なわせることができる。ただし、動
作はT端子が“OITで反転動作となる。
第6図は本発明の第6の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。この実施例が第4図のものと
異なる点は、D型フリツプフOツブ回路D1の出力Qと
Qの接続を入れ替えたことである。動作として異なる点
は、■端子に入力される制御信号が′0″の時に、出力
Q、Qを反転させるようにしたことである。
第7図は本発明の第7の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。同図に示すように、DIフリ
ップフロップ(ラッチ手段)DlのQQ子(第2の出力
端子)出力およびQ端子(第1の出力端子)出力はそれ
ぞれトランジスタ(第3のゲート)p2、トランジスタ
(第1のゲート)nlの各ソースに入力され、各トラン
ジスタp2.n1の各ドレインはD型フリップフロップ
回路D1のD端子入力DIに接続される。一方、■端子
は各トランジスタp2.n1のゲートに与えられる。
かかる構成によれば、第2の反転制御信号TがII 1
1+の時はQ出力がD端子入力DIに接続されるため、
D型フリップフロップ回路D1はクロックφに同期して
反転する。Tが0″の時はQ出力がD端子入力DIに接
続されるため、D型フリップフロップ回路D1は前の状
態を保持する。
第8図は本発明の第8の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図である。この実施例が第7図のものと
異なる点は、Q端子とQ端子の接続を入れ替えたことで
ある。
かかる構成によれば、■@子大入力O″の時にD型フリ
ップフロップ回路D1はクロックφに同期して反転する
こととなる。
第7図、第8図の画構成ともに非常に少ない素子数で所
期の目的を達成することができる。
第9図は本発明の第9の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック自で、特にバイナリカウンタに適用する
に適した構成、つまりT端子入力とその反転T端子入力
を有する構成を例示するものである。同図に示すように
、D型フリップ70ツブ回路D1のQ端子(第2の出力
端子)出力、Q端子(第1の出力端子)出力はそれぞれ
トランジスタ(第3のゲート、第1のゲート)n3゜n
lのソースに入力され、トランジスタn3゜nlの各ド
レインはD型フリップフロップ回路D1のD端子入力D
Iに接続される。一方、第1の反転制御信号Tおよび第
2の反転制御信号Tはそれぞれトランジスタn1.n3
のゲートに与えられる。
かかる構成によれば、■端子が111 IIで7 y5
子が“0″の時は、Q出力がD端子入力DIに接続され
るため、D型フリップフロップ回路D1はクロックφに
同期して反転する。T端子が“OIIでT端子が“1″
の時は、Q出力がD端子入力DIに接続されるため、D
型フリップフロップ回路D1は前の状態を保持する。
第10図は本発明の第10の実施例に係るフリップフロ
ップ回路のブロック図である。この実施例が第9図のも
のと異なる点は、D型フリップフロップ回路D1のQ出
力がゲートに与えられるトランジスタp1を介して、■
端子入力をD端子入力DIに接続したことである。
同図の構成によれば、T端子が1″でQ出力がパ0″の
時にD端子入力DIのプリチャージを高速化することが
可能となる。
第11図は本発明の第11の実施例に係るフリップフロ
ップ回路のブロック図である。この実施例が第9図のも
のと異なる点は、Q出力、Q出力を受けているトランジ
スタn3.nlに代えてトランジスタp3.p2 (第
1.第2のゲート)を配したことである。この場合、T
端子、T端子はそれぞれトランジスタp3. p2のゲ
ートに接続される。
かかる構成によれば、T端子が“1″でT端子が“O1
1の時はQ@i子(第2の出力端子)出力がD端子入力
DIに与えられるため、D型フリップフロップ回路D1
はクロックφに同期して反転する。■端子が“0”でT
端子が′1″の時は、Q端子(第1の出力端子)出力が
D端子入力DIに与えられるため、D型フリップ70ツ
ブ回路D1は前の状態を保持する。
第12図は本発明の第12の実施例に係るフリップフロ
ップ回路のブロック図である。この実施例が第11図の
構成と異なる点は、D型フリップフロップ回路D1のQ
出力がゲートに与えられるトランジスタn2を介して、
T端子入力をD OW子入力DIに接続したことである
同図の構成によれば、T端子が11111でQ出力が“
1″の時にD端子入力DIのプリチャージを高速化する
ことが可能となる。
第9図から第12図のいずれの構成も、バイナリカウン
タに適用した場合、通常制御信号T端子にはキャリー信
号が接続されることとなるため、■端子、子端子ともに
ゲート等を増設することなく信号を得られる。このため
、極めて少ない素子数で所期の動作を高速にて行なわせ
ることができる。
第13図は本発明に係るフリップフロップ回路を用いて
バイナリカウンタを構成した場合のカウンタセルの一例
を示す回路構成図、第14図は第13図のカウンタセル
を16個並べて構成したカウンタのブロック図である。
各図に示すように、16ビツトのデータバスDBUSか
らの信号は各カウンタセルのDB端子に接続される。ま
た16ビツトのカウンタ出力QO−Q15は各カウンタ
セルのQ端子から送出される。各カウンタセルにはキャ
リー入力端子CIとキャリー出力端子COが設けられて
おり、各カウンタセルはキャリー出力端子COとキャリ
ー入力端子CIをカスケード接続して連結される。
かかる構成において、クロックφ[が入力されると、こ
れに同期して全てのカウンタセルにデータバスDBUS
の状態がセットされる。つまり、このカウンタは任意の
データをプリセットし、この値よりカウント開始するこ
とが可能である。
データのプリセットに関して、そのタイミングを第15
図のタイムチャートに示す。第15図(A>はクロック
φ、同(B)はキャリー人力CI、同(C)はクロック
φ1、同<D)はデータバスDBUSのデータである。
データプリセット後は、各カウンタセルはキャリー人力
CIが111 IIの時のみQ出力を反転する。各キャ
リー人力C■の状態は上位ビットに波及してゆくため、
16個のカウンタセルは全体としてバイナリカウント動
作を行なう。この16ビツトカウンタには、クロックと
してφ、φ、φ 、φ[、φ・φ[。
φ・φ[の6種類が必要であるが、これらは別の回路で
生成される。
第13図に示すように、本発明によれば、カウンタセル
を従来より7個少なくしたトランジスタセルで構成でき
る。このため、第14図に示すような16ビツトバイナ
リカウンタを構成した場合には、112個のトランジス
タセルを削減することが可能である。しかも、各カウン
タセルは高速動作性を有するため、高速動作が可能で高
信頼性のカウンタを構成することができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、ラッチ手段(D型フ
リップフロップ等)とグー1一手段(トランジスタ等)
を組み合せることにより、少ない素子数でトグル動作を
行なわせることが可能で、さらに高速動作性、高信頼性
を実現したフリップフロップ回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係るフリップフロップ
回路のブロック図、第2乃至第12図は本発明の第2〜
第12の実施例に係るフリップフロップ回路のブロック
図、第13図はカウンタセルの一例を示す回路構成図、
第14図は第13図のカウンタセルで構成したバイナリ
カウンタのブロック図、第15図は第14図の構成の動
作を説明するタイムチャート、第16図は第1図および
第2図に示す構成のコンピュータシミュレーション結果
の特性図、第17図は従来のフリップフロップ回路の回
路構成図、第18図は第17図の構成の動作機能図であ
る。 Dl・・・D型フυツブフロップ回路、pl、p2゜p
3・・・Pチャンネルトランジスタ、nl、n2゜n3
・・・Nチャンネルトランジスタ。 出願人代理人  猪  股    清 ろ 1 図      62 図 も3 図 朽5 λ      ゛も6 図 67 図      ち8 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1のゲート手段と、第2のゲート手段と、第1の
    出力端子およびその否定出力をする第2の出力端子を有
    し、クロックに同期して入力端子の状態をこれら第1お
    よび第2の出力端子のいずれか一方に送出するラッチ手
    段と、前記第1のゲート手段のゲート端子と前記第2の
    ゲート手段のソース端子に反転制御信号を入力する手段
    と、前記第1のゲート手段のソース端子に前記第1の出
    力端子を接続する手段と、前記第2のゲート手段のゲー
    、下端子に前記第2の出力端子を接続する手段と、前記
    第1および第2のゲート手段のドレイン端子を前記ラッ
    チ手段の入力端子に接続する手段とを備えるフリップフ
    ロップ回路。 2、第1のゲート手段と、第2のゲート手段と、第3の
    ゲート手段と、第1の出力端子およびその否定出力をす
    る第2の出力端子を有し、クロックに同期して入力端子
    の状態をこれら第1および第2の出力端子のいずれか一
    方に送出するラッチ手段と、前記第1のゲート手段のゲ
    ート端子と前記第2のゲート手段のソース端子と前記第
    3のゲート手段のゲート端子に反転制御信号を入力する
    手段と、前記第1のゲート手段のソース端子に前記第1
    の出力端子を接続する手段と、前記第2のゲート手段の
    ゲート端子に前記第2の出力端子を接続する手段と、前
    記第3のゲート手段のソース端子に前記第2の出力端子
    を接続する手段と、前記第1、第2および第3のゲート
    手段のドレイン端子を前記ラッチ手段の入力端子に接続
    する手段とを備えるフリップフロップ回路。 3、第1のゲート手段と、第3のゲート手段と、第1の
    出力端子およびその否定出力を行なう第2の出力端子を
    有し、クロックに同期して入力端子の状態をこれら第1
    および第2の出力端子のいずれか一方に送出するラッチ
    手段と、前記第1および第3のゲート手段のゲート端子
    に反転制御信号を入力する手段と、前記第1のゲート手
    段のソース端子に前記第1の出力端子を接続する手段と
    、前記第3のゲート手段のソース端子に前記第1の出力
    端子を接続する手段と、前記第1および第3のゲート手
    段のドレイン端子を前記ラッチ手段の入力端子に接続す
    る手段とを備えるフリップフロップ回路。 4、前記第1のゲート手段のゲート端子には第1の反転
    制御信号が入力され、前記第3のゲート手段のゲート端
    子には第2の反転制御信号が入力される特許請求の範囲
    第3項記載のフリップフロップ回路。 5、第1のゲート手段と、第2のゲート手段と、第3の
    ゲート手段と、第1の出力端子およびその否定出力をす
    る第2の出力端子を有し、クロックに同期して入力端子
    の状態をこれら第1および第2の出力端子のいずれか一
    方に送出するラッチ手段と、前記第1のゲート手段のゲ
    ート端子に第1の反転制御信号を入力する手段と、前記
    第2のゲート手段のソース端子と前記第3のゲート手段
    のゲート端子に第2の反転制御信号を入力する手段と、
    前記第1のゲート手段のソース端子に前記第1の出力端
    子を接続する手段と、前記第2のゲート手段のゲート端
    子に前記第1の出力端子を接続する手段と、前記第3の
    ゲート手段のソース端子に前記第2の出力端子を接続す
    る手段と、前記第1、第2および第3のゲート手段のド
    レイン端子を前記ラッチ手段の入力端子に接続する手段
    とを備えるフリップフロップ回路。
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