KR19980039917A - Non-collision low power consumption static latch circuit - Google Patents

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KR19980039917A
KR19980039917A KR1019960059035A KR19960059035A KR19980039917A KR 19980039917 A KR19980039917 A KR 19980039917A KR 1019960059035 A KR1019960059035 A KR 1019960059035A KR 19960059035 A KR19960059035 A KR 19960059035A KR 19980039917 A KR19980039917 A KR 19980039917A
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KR1019960059035A
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김익균
차진종
김경수
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양승택
한국전자통신연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

비충돌 저소비 전력형 스태틱 래치회로.Non-collision low power consumption static latch circuit.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

종래의 스태틱 회로의 문제점인 데이타 충돌이 발생하지 않도록 하고, 따라서 소비전력을 감소시키고자 함.It is intended to prevent data collision, which is a problem of the conventional static circuit, and thus to reduce power consumption.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 입력된 데이타를 데이타 유지노드로 전달하는 전달 게이트와 상기 데이타 유지노드의 전위 값을 반전시켜 출력하는 인버터와 외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 피드백된 상기 인버터의 출력값을 데이타 유지노드로 출력하는 피드백회로를 구비한 스태틱 래치회로에 있어서, 상기 전달 게이트에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호에 비해 상기 피트백회로에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호의 타이밍을 빨리 변화시켜 상기 전달 게이트가 도통되기전에 상기 피드백회로가 차단되도록 구성함.Controlling the external clock signal and the clock bar signal, the transfer gate transfers the input data to the data holding node, the inverter for inverting and outputting the potential value of the data holding node, and the control of the external clock signal and the clock bar signal. A static latch circuit having a feedback circuit for outputting an output value of the inverter fed back by a data holding node, comprising: a clock signal and a clock input to the pitback circuit compared to a clock signal and a clock bar signal input to the transfer gate; And change the timing of the bar signal quickly so that the feedback circuit is cut off before the transfer gate becomes conductive.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

저전력형 래치회로에 이용됨.Used in low power latch circuits.

Description

비충돌 저소비 전력형 스태틱 래치회로Non-collision low power consumption static latch circuit

본 발명은 스태틱(static) 래치(latch)회로에 관한 것으로, 특히 피드백회로에 공급되는 클럭과 전달 게이트에 공급되는 클럭의 타이밍을 달리하여 신호의 충돌이 발생하지 않도록하고, 전력 소모를 감소시킨 스태틱 래치회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a static latch circuit. In particular, a timing of a clock supplied to a feedback circuit and a clock supplied to a transfer gate is different so that a signal collision does not occur and static power is reduced. It relates to a latch circuit.

래치회로는 대규모 집적회로(LSI: Large Scale Integrated circuit) 칩 내부에 수 많이 쓰이고 있는 기본 회로이고, 클럭에 의해 항상 동작하여 칩 전체에서 차지하는 소비전력의 비율이 매우 크다. 그러므로 대규모 집적회로(LSI) 칩의 소비전력을 감소시키기 위한 방안의 하나로서 래치회로의 소비전력 감소를 들 수 있다.The latch circuit is a basic circuit that is used a lot in a large scale integrated circuit (LSI) chip, and it is always operated by a clock, so that the ratio of power consumption in the chip is very large. Therefore, one of the methods for reducing the power consumption of a large scale integrated circuit (LSI) chip is a power consumption reduction of the latch circuit.

도 1 은 종래의 스태틱 래치회로의 구성도로서, 도면에서 M1,M2는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 상호 결합된 전달 게이트, M3,M4는 PMOS 트랜지스터, M5,M6은 NMOS 트랜지스터를 각각 나타낸다.1 is a configuration diagram of a conventional static latch circuit, in which M1 and M2 denote transfer gates in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are coupled to each other, M3 and M4 denote PMOS transistors, and M5 and M6 denote NMOS transistors, respectively.

도 1 에 나타낸 것처럼 종래의 스태틱 래치회로의 전달 게이트(M1,M2)는 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 2개의 상보적인 클럭신호 CLK와 클럭바 신호에 의해 동시에 도통(On)되거나 동시에 차단(Off)되어 입력된 값을 데이타 유지노드(DC)로 전달하게 된다.As shown in FIG. 1, the transfer gates M1 and M2 of the conventional static latch circuit have two complementary clock signals CLK and clock bar signals in which an NMOS transistor and a PMOS transistor are used. By conducting at the same time (On) or at the same time (Off) at the same time to transfer the input value to the data holding node (D C ).

그리고, 인버터는 데이타 유지노드의 전위 값을 반전시켜 출력노드(QC)로 전달한다.The inverter then inverts the potential value of the data holding node and transfers it to the output node QC.

기준전압 Vdd에 연결된 제1 PMOS 트랜지스터(M3)는 출력노드의 값을 게이트 전극에 입력받아 제어되고, 접지전위에 연결된 제1 NMOS 트랜지스터(M6) 또한 출력노드의 값을 게이트 전극에 입력받아 제어된다.The first PMOS transistor M3 connected to the reference voltage Vdd is controlled by receiving the value of the output node at the gate electrode, and the first NMOS transistor M6 connected to the ground potential is also controlled by receiving the value of the output node at the gate electrode. .

그리고, 제1 PMOS 트랜지스터(M3)에 연결된 제2 PMOS 트랜지스터(M4)는 게이트 전극에 전달 게이트(M1,M2)에 입력된 클럭과 동일한 클럭신호 CLK를 입력받아 제어되고, 제1 NMOS 트랜지스터(M6)에 연결된 제2 NMOS 트랜지스터(M5)는 전달 게이트(M1,M2)에 전달된 클럭과 동일한 클럭바 신호를 게이트 전극에 입력받아 제어된다.In addition, the second PMOS transistor M4 connected to the first PMOS transistor M3 is controlled by receiving the same clock signal CLK as the clock input to the transfer gates M1 and M2 to the gate electrode. The second NMOS transistor M5 is connected to the same clock bar signal as the clock transferred to the transfer gates M1 and M2. Is controlled by receiving the gate electrode.

따라서, 2개의 PMOS 트랜지스터(M3,M4)와 2개의 NMOS 트랜지스터(M5,M6)로 구성된 피드백회로는 클럭신호 CLK와 클럭바 신호의 제어를 받아 출력노드로 출력되는 값을 데이타 유지노드로 피드백 시키는 기능을 수행한다.Therefore, the feedback circuit composed of two PMOS transistors M3 and M4 and two NMOS transistors M5 and M6 has a clock signal CLK and a clock bar signal. This function feeds back the value outputted to the output node to the data maintenance node under the control of.

상기와 같은 종래의 스태틱 래치회로에 공급되는 클럭신호 CLK와 클럭바 신호는 일반적으로 인버터 체인(chain) 등에 의해 생성되기 때문에 2 클럭신호의 변화 타이밍은 서로 조금 다르게 된다.The clock signal CLK and the clock bar signal supplied to the conventional static latch circuit as described above. Since is generally generated by the inverter chain (chain) or the like, the timing of change of the two clock signals are slightly different.

그러므로, 이 2개의 클럭신호 CLK와에 의해 동작하는 피드백회로의 제2 PMOS 트랜지스터(M4)및 제2 NMOS 트랜지스터(M5)와 전달 게이트(M1,M2)가 동시에 도통하는 오버랩 구간이 발생하게 된다.Therefore, these two clock signals CLK and An overlap period in which the second PMOS transistor M4 and the second NMOS transistor M5 and the transfer gates M1 and M2 of the feedback circuit operate at the same time occurs.

외부로부터 입력되는 데이타가 그 때까지 래치회로의 데이타 유지노드(DC)에 유지되고 있는 데이타와 다른 경우 이 때에 데이타 유지노드에서 전달 게이트(M1,M2)를 통해 새로 입력되는 데이타와 피드백회로를 통해 피드백되는 데이타 간에 충돌이 발생하게 된다.The data input from the outside that data held in the latch circuit until the node (D C) when maintained data and different in this point the new input data and the feedback circuit via a transfer gate (M1, M2) in the data holding nodes There is a conflict between the data fed back.

이와 같은 데이타의 충돌은 래치회로 내에 불필요한 관통 전류를 발생시키게 되고, 그 결과 소비전력이 증가하게 된다.Such a collision of data generates unnecessary through current in the latch circuit, resulting in increased power consumption.

즉, 종래의 스태틱 래치회로는 데이타 전달 게이트와 피드백회로가 동시에 도통되어 입력된 데이타가 저장된 데이타와 다른 경우 데이타 충돌이 발생하고, 이로 인해 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.That is, the conventional static latch circuit has a problem in that a data collision occurs when the data transfer gate and the feedback circuit are simultaneously connected to each other and the input data is different from the stored data, thereby increasing power consumption.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 데이타 전달 게이트에 입력되는 클럭신호와 피트백회로에 입력되는 클럭신호의 타이밍을 서로 다르게 하여 종래의 스태틱 회로의 문제점인 데이타 충돌이 발생하지 않도록 하고, 따라서 소비전력을 감소시킬 수 있는 스태틱 래치회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention devised to solve the above problems of the prior art, the timing of the clock signal input to the data transfer gate and the clock signal input to the pitback circuit is different from each other, which is a problem of the conventional static circuit data. It is an object of the present invention to provide a static latch circuit capable of preventing a collision and thus reducing power consumption.

도 1 은 종래의 스태틱 래치회로의 구성도,1 is a configuration diagram of a conventional static latch circuit,

도 2 는 본 발명에 따른 스태틱 래치회로의 구성도,2 is a block diagram of a static latch circuit according to the present invention;

도 3 은 본 발명에 따른 동작 타이밍도.3 is an operation timing diagram according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

M1,M2 : 전달 게이트M1, M2: transfer gate

M3,M4 : PMOS 트랜지스터M3, M4: PMOS transistor

M5,M6 : NMOS 트랜지스터M5, M6: NMOS transistor

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터를 구비하여 외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 입력된 데이타를 데이타 유지노드로 전달하는 전달 게이트와 상기 데이타 유지노드의 전위 값을 반전시켜 출력노드로 출력하는 인버터와 외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 피드백된 상기 인버터의 출력값을 데이타 유지노드로 출력하는 피드백회로를 구비한 스태틱 래치회로에 있어서, 상기 전달 게이트에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호에 비해 상기 피트백회로에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호의 타이밍을 빨리 변화시켜 상기 전달 게이트가 도통되기전에 상기 피드백회로가 차단되도록 구성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a transfer gate and a potential value of the data holding node including a PMOS transistor and an NMOS transistor for transferring data inputted by an external clock signal and a clock bar signal to a data holding node. A static latch circuit having an inverter for inverting and outputting to an output node and a feedback circuit for outputting an output value of the inverter fed back by a control of an external clock signal and a clock bar signal to a data holding node, wherein the transfer gate is connected to the transfer gate. Compared to the input clock signal and the clock bar signal, the timing of the clock signal and the clock bar signal input to the pitback circuit is changed quickly so that the feedback circuit is blocked before the transfer gate becomes conductive.

이하, 첨부된 도 2 및 도 3 을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2 는 본 발명에 따른 스태틱 래치회로의 구성도이고, 도 3 은 이에 따른 동작 타이밍도를 나타낸다.2 is a configuration diagram of the static latch circuit according to the present invention, Figure 3 shows the operation timing diagram accordingly.

본 발명에 따른 스태틱 래치회로의 구성은 종래의 스태틱 래치회로의 구성과 동일하다.The configuration of the static latch circuit according to the present invention is the same as that of the conventional static latch circuit.

그러나, 본 발명은 종래 스태틱 래치회로의 문제점인 데이타 충돌을 방지하기 위해 피드백회로(M3,M4,M5,M6)에 입력되는 클럭신호와 전달 게이트(M1,M2)에 입력되는 클럭 신호의 타이밍을 달리 하였다.However, according to the present invention, the timing of the clock signal input to the feedback circuits M3, M4, M5, and M6 and the clock signals input to the transfer gates M1 and M2 is prevented in order to prevent data collision, which is a problem of the conventional static latch circuit. Different.

즉, 전달 게이트에 입력되는 2개의 클럭신호 TM의 타이밍보다 피드백회로(M3,M4,M5,M6)에 입력되는 클럭신호 TF의 타이밍을 빨리 변환시켜 데이타 유지노드(DN)에서 데이타 충돌이 발생하지 않도록 한다.That is, two clock signals T M input to the transfer gate and The clock signals T F and which are input to the feedback circuits M3, M4, M5, and M6 than the timing of The timing of the data is changed quickly so that no data collision occurs at the data holding node D N.

도 3 을 참조하여 본 발명의 동작을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3.

시간 tA에서 피드백회로(M3,M4,M5,M6)에 입력되는 클럭신호 TF의 타이밍이 데이타 전달 게이트에 입력되는 클럭신호 TM의 타이밍보다 빨리 변화시킴으로써, 데이타 전달 게이트(M1,M2)가 도통(On)되기 전에 피드백회로의 NMOS 트랜지스터(M5)와 PMOS 트랜지스터(M4)가 먼저 차단된다.Clock signals T F and input to the feedback circuits M3, M4, M5, and M6 at time t A ; The timing of the clock signal T M and the By changing earlier than the timing of, the NMOS transistor M5 and the PMOS transistor M4 of the feedback circuit are first blocked before the data transfer gates M1 and M2 are turned on.

따라서, 종래와 달리 피드백회로(M3,M4,M5,M6)와 데이타 전달 게이트(M1,M2)가 동시에 도통되는 오버랩 구간이 발생하지 않는다.Accordingly, unlike the related art, an overlap period in which the feedback circuits M3, M4, M5, and M6 and the data transfer gates M1 and M2 are simultaneously conducted does not occur.

그러므로, 외부로 부터 입력되는 데이타가 데이타 유지노드에 저장된 데이타와 다른 경우에도 데이타 유지노드에서 입력신호와 유지신호 간의 충돌이 없게 되어 불필요한 관통 전류를 발생시키지 않는다.Therefore, even when the data input from the outside is different from the data stored in the data holding node, there is no collision between the input signal and the holding signal in the data holding node, so that unnecessary through current is not generated.

또한, 출력노드(QC)가 변화하기 전에 피드백회로의 제2 PMOS 트랜지스터(M4)와 제2 NMOS 트랜지스터(M5)가 완전히 차단(Off)되어 피드백회로 내에서 트랜지스터를 관통하는 전류도 발생하지 않게 된다.In addition, before the output node QC changes, the second PMOS transistor M4 and the second NMOS transistor M5 of the feedback circuit are completely turned off so that no current penetrating through the transistor in the feedback circuit is generated. .

다음으로 시간 tB에 있어서의 본 발명의 동작을 살펴보면, 데이타 전달 게이트(M1,M2)와 피드백회로의 제2 PMOS 트랜지스터(M4)와 제2 NMOS 트랜지스터(M5)가 동시에 도통되고 있는 구간이 있지만, 이 때에는 외부로 부터의 입력 데이타는 이미 안정화되어 있기 때문에 피드백회로의 데이타 유지노드에 대한 출력은 외부 입력 데이타와 정 논리 관계가 있어 데이타 충돌은 발생하지 않고, 피드백 동작만을 수행한다.Next, when the operation of the present invention is performed at time t B , there is a section in which the data transfer gates M1 and M2 and the second PMOS transistor M4 and the second NMOS transistor M5 of the feedback circuit are simultaneously connected. In this case, since the input data from the outside is already stabilized, the output to the data holding node of the feedback circuit has a positive logic relationship with the external input data so that no data collision occurs and only the feedback operation is performed.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains, and thus is limited to the above-described embodiments and drawings. It is not.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 소비전력을 회로 시뮬레이션한 결과는 다음과 같다.The circuit simulation results of the power consumption of the present invention as described above are as follows.

각 레치회로의 트랜지스터 사이즈, 부하 용량(fanout = 1)은 동일하게 하고, 데이타 입력은 2 클럭 사이클에 1번의 비율로 변화시켜 시뮬레이션을 수행한 결과, 비충돌형 스태틱 래치회로의 동작시 소비전력은 종래의 스태틱 래치회로의 소비전력의 90% 정도이다. 즉, 본 발명은 종래의 래치회로에 비해 약 10%의 소비전력을 감소시킬 수 있으며, 이 값은 동일 조건 하에서는 가장 저소비 전력으로 동작한다고 생각되는 다이나믹 래치와 종래의 스태틱 래치회로 소비전력의 거의 중간 정도로서, 우수한 저소비 전력의 특성을 갖는다.The transistor size and load capacity (fanout = 1) of each latch circuit are the same, and the data input is changed by one ratio every two clock cycles. As a result of simulation, the power consumption during operation of the non-collision static latch circuit is It is about 90% of the power consumption of the conventional static latch circuit. That is, the present invention can reduce the power consumption by about 10% compared with the conventional latch circuit, and this value is almost halfway between the dynamic latch, which is considered to operate at the lowest power consumption under the same conditions, and the conventional static latch circuit power consumption. As a precision, it has the characteristic of excellent low power consumption.

Claims (1)

PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터를 구비하여 외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 입력된 데이타를 데이타 유지노드로 전달하는 전달 게이트와 상기 데이타 유지노드의 전위 값을 반전시켜 출력노드로 출력하는 인버터와 외부의 클럭신호와 클럭바 신호의 제어에 의해 피드백된 상기 인버터의 출력값을 데이타 유지노드로 출력하는 피드백회로를 구비한 스태틱 래치회로에 있어서,An inverter having a PMOS transistor and an NMOS transistor to transfer data inputted by an external clock signal and a clock bar signal to a data holding node, and an inverter for inverting the potential value of the data holding node to an output node; A static latch circuit having a feedback circuit for outputting an output value of the inverter fed back by control of an external clock signal and a clock bar signal to a data holding node, 상기 전달 게이트에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호에 비해 상기 피트백회로에 입력되는 클럭신호와 클럭바 신호의 타이밍을 빨리 변화시켜 상기 전달 게이트가 도통되기전에 상기 피드백회로가 차단되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스태틱 래치회로.Compared to the clock signal and the clock bar signal input to the transfer gate, the timing of the clock signal and the clock bar signal input to the pitback circuit is changed quickly so that the feedback circuit is blocked before the transfer gate becomes conductive. Static latch circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100569713B1 (en) * 1998-10-21 2006-09-18 삼성전자주식회사 Circuit to reduce power consumption in dual scan method

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