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JPH0523647B2 - - Google Patents
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JPH0523647B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0523647B2
JPH0523647B2 JP60180215A JP18021585A JPH0523647B2 JP H0523647 B2 JPH0523647 B2 JP H0523647B2 JP 60180215 A JP60180215 A JP 60180215A JP 18021585 A JP18021585 A JP 18021585A JP H0523647 B2 JPH0523647 B2 JP H0523647B2
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JP
Japan
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clocked
gate
controlled
output
clock signal
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Kenji Sakagami
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Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の技術分野〕 この発明は、論理回路に係わるもので、特にラ
ツチ回路およびこのラツチ回路を用いたフリツプ
フロツプ回路に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来、ラツチ回路(Transperent Latch)は、
例えば第21図aに示すように構成されている。
すなわち、入力データDIは、クロツク信号φで
制御されるクロツクドインバータ11の入力端D
に供給される。このクロツクドインバータ11の
出力端には、インバータ12の入力端が接続され
るとともに、クロツク信号で制御されるクロツ
クドインバータ13の出力端が接続される。そし
て、上記インバータ12の出力端と上記クロツク
ドインバータ13の入力端とが接続され、上記イ
ンバータ12の出力端Qからラツチ出力DOを得
るようになつている。第21図bに、上記第21
図aの回路のブロツク図を示す。 第22図は、上記第21図aに示したラツチ回
路を2段縦列接続して構成したマスタースレーブ
型のD型フリツプフロツプ回路を示している。第
23図は、クロツク信号φ,でそれぞれ制御さ
れるクロツクドインバータ141,142と、イン
バータ151,152とを継続接続して構成したD
型フリツプフロツプ回路を示しており、上記第2
2図におけるクロツクドインバータ131,132
を除去したものである。上記第22図および第2
3図に示したフリツプフロツプ回路は、第24図
に示すようなブロツク図で表わされる。このよう
なD型フリツプフロツプ回路を、第25図に示す
ように複数段継続接続するとシフトレジスタが構
成できる。第25図において、各D型フリツプフ
ロツプ161,162…16nは、クロツク信号φ
の立ち下がりで順次次段にデータをシフトする。 上述したように、ラツチ回路はフリツプフロツ
プ回路やシフトレジスタ等の基本回路となつてい
る。 ところで、上述したD型フリツプフロツプ回路
は、コンピユータのレジスタ等に広く使用されて
いるが、コンピユータの動作速度の高速化に伴な
つて、上記D型フリツプフロツプ回路の高速化も
望まれている。特に、パイプライン処理で動作す
るスーパーコンピユータのステージを形成するレ
ジスタなどに対してはこのような要求が強い。 しかし、上記のような構成では、上述したよう
な高速化に充分答えられない欠点がある。これ
は、上記ラツチ回路やフリツプフロツプ回路を構
成するクロツクドインバータに問題がある。以
下、これについて詳述する。クロツクドインバー
タは、第26図に示すように電源VDDとVSS間に
直列接続されたPチヤネル形MOSトランジスタ
Q1,Q2およびNチヤネル型MOSトランジスタ
Q3,Q4から構成されている。上記MOSトランジ
スタQ1,Q4のゲートにはクロツク信号φ,が
それぞれ供給され、上記MOSトランジスタQ2
Q3のゲートには、入力データDIが供給される。
そして、上記MOSトランジスタQ2とQ3との接続
点から出力データDOを得る。 上記のような構成のクロツクドインバータを用
いて前記第22図や第23図に示すようなD型フ
リツプフロツプを構成した場合、入力データDI
をラツチするためには、クロツク信号φが“1”
レベル(は“0”レベル)の期間内にクロツク
ドインバータ111あるいは141の出力ノード
N1,N2がインバータ121あるいは151の回路
しきい値VMにそれぞれ達する必要がある。この
ため、クロツク信号φ,の周波数を高くするの
には限界がある。また、ノードN1,N2の電位が
たとえ回路しきい値VMに達したとしても、各ノ
ードN1,N2が充分にプリチヤージあるいはデイ
スチヤージされないうちにクロツク信号φが
“0”レベルとなると、次段のゲートを駆動する
のに時間がかかり、動作速度の低下の原因とな
る。さらには、クロツクドインバータを構成する
Pチヤネル形のMOSトランジスタQ1,Q2のしき
い値電圧が製造プロセス上の原因や使用時におい
て設定値よりも低くなつた場合(例えば−0.8V
の設定値に対して−1.5V程度に低下)、Pチヤネ
ルMOSトランジスタQ1,Q2のドライブ能力が著
しく低下し、出力ノードを短時間で“1”レベル
にすることができず、動作速度の低下と信頼性の
低下を招く。 〔発明の目的〕 この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、高速動作が可
能であり、且つ動作マージンが広く高信頼性を有
するラツチ回路およびこのラツチ回路を用いたフ
リツプフロツプ回路を提供することである。 〔発明の概要〕 すなわち、この発明においては、上記の目的を
達成するために、第1の発明であるラツチ回路
は、第1のクロツクドゲートと、この第1クロツ
クドゲートの入力端に出力端が接続されるととも
に出力端に入力端が接続され、上記第1クロツク
ドゲートと同じクロツク信号によつて制御される
第2のクロツクドゲートと、制御信号によつて制
御され上記第1クロツクドゲートの入力端にデー
タを供給する第1のデータ転送ゲートと、上記制
御信号によつて制御され上記第2クロツクドゲー
トの入力端に上記データと逆相のデータを供給す
る第2のデータ転送ゲートとを具備し、上記第
2、第1のクロツクドゲートの出力端から互いに
逆相のラツチ出力を得ることを特徴とする。 第2の発明であるフリツプフロツプ回路は、第
1のクロツク信号で制御される第1のクロツクド
ゲートと、この第1クロツクドゲートの入力端に
出力端が接続されるとともに出力端に入力端が接
続され、上記第1のクロツク信号によつて制御さ
れる第2のクロツクドゲートと、第1の制御信号
によつて制御され上記第1クロツクドゲートの入
力端にデータを供給する第1のデータ転送ゲート
と、上記第1の制御信号によつて制御され上記第
2クロツクドゲートの入力端に上記データと逆相
のデータを供給する第2のデータ転送ゲートと、
第2のクロツク信号で制御される第3のクロツク
ドゲートと、この第3のクロツクドゲートの入力
端に出力端が接続されるとともに出力端に入力端
が接続され、上記第2のクロツク信号によつて制
御される第4のクロツクドゲートと、第2の制御
信号によつて制御され、上記第2のクロツクドゲ
ートの出力端から出力される第1のラツチ信号を
上記第3クロツクドゲートの入力端に供給する第
3のデータ転送ゲートと、上記第2の制御信号に
よつて制御され、上記第1のクロツクドゲートの
出力端から出力される第2のラツチ信号を上記第
4クロツクドゲートの入力端に供給する第4のデ
ータ転送ゲートとを具備し、上記第4、第3クロ
ツクドゲートの出力端から互いに逆相の出力を得
ることを特徴とする。 〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第1図aは、ラツチ回路の構成例
を、第1図bはそのブロツク図をそれぞれ示して
いる。クロツク信号φで制御されるクロツクドイ
ンバータ(データ転送ゲート)171,172の入
力端にはそれぞれ、逆相のデータDI,が供給
される。上記クロツクドインバータ171,172
の出力端間には、クロツク信号で制御されるク
ロツクドインバータ(クロツクドゲート)181
の入、出力端がそれぞれ接続されるとともに、ク
ロツク信号で制御されるクロツクドインバータ
(クロツクドゲート)182出、入力端がそれぞれ
接続される。そして、上記クロツクドインバータ
181,182の入力端と出力端との接続点N3
出力端と入力端との接続点N4からそれぞれラツ
チ出力信号DO,を得るようにして成る。 上記のような構成において、クロツクドインバ
ータ181,182はセンスアンプ回路を構成して
おり、クロツクドインバータ171,172を介し
て入力されたデータDI,を増幅するようにな
つている。今、クロツク信号φが“1”レベルに
なつたとすると、データDI,はクロツクドイ
ンバータ171,172をそれぞれ介してノード
N3,N4に供給される。そして、クロツク信号
が“1”レベルとなると、ノードN3,N4の電位
がクロツクドインバータ181,182により増幅
されてラツチされる。この際、何らかの原因によ
りクロツクドインバータ171,172の回路しき
い値VMに変動があつたとしても、ノードN3,N4
の電位の大小関係が正しければ、これらのノード
N3,N4は、クロツクドインバータ181,182
により直ちに正しい電位に補正される。例えば、
各クロツクドインバータ171,172,181
182の回路しきい値VMを2.5Vとし、入力データ
DI=“0”(0V)、DI=“1”(5V)を与え、クロツ
ク信号φが“1”レベルから“0”レベルに変化
した時、ノードN3,N4の電位がそれぞれ1.5V、
1.0Vとなつたとしても、この電位はクロツクド
インバータ181,182により直ちに5V、0Vに
補正され、これらのノードN3,N4に接続された
ノードにデータを与えることができる。なお、ク
ロツク信号φが“0”レベルの時は、クロツクド
インバータ181,182によりノードN3,N4
データがスタテイツクに保持される。 従つて、このような構成によれば、クロツクド
インバータ171,172の少なくともいずれか一
方が充分にデータDIあるいはDIを取り込めば、他
方が正常に動作せずその出力ノードの電位が次段
に接続されるゲートの回路しきい値VMに達しな
くても正常動作が行なえ、高い信頼性が得られ
る。また、クロツクドインバータ171,172
出力が完全に定まらなくても、その大小関係が決
まれば良いので、動作速度の高速化も図れる。 第2図ないし第7図はそれぞれ、上記第1図a
におけるクロツクドインバータ181,182から
成るセンスアンプ回路を回路シユミレーシヨン
SPICEを用いてシユミレーシヨンした結果を示
している。このシユミレーシヨンでは、第8図に
示すように回路構成している。このような回路を
CMOS化し、Nチヤネル形MOSトランジスタの
チヤネル幅Wnとチヤネル長Lnとの比をWn/Ln
=15/1.2、Pチヤネル形MOSトランジスタのチ
ヤネル幅Wpとチヤネル長Lpとの比をWp/Lp=
22/1.5にそれぞれ設定している。第2図は、A
(第1図におけるノードN3に対応)を5V、B(第
1図におけるノードN4に対応)を0Vに初期設定
した後、クロツク信号を与えた場合のシユミレ
ーシヨン結果を示している。同様に、第3図はA
=4V、B=1V、第4図はA=3V、B=2V、第
5図はA=2.6V、B=2.4V、第6図はA=2V、
B=1V、および第7図はA=1V、B=0Vにそれ
ぞれ初期設定した後、クロツク信号を与えてい
る。図示するように、たとえ入力された信号A,
Bのレベルがインバータ191,192の回路しき
い値電圧VMより低くても、クロツクドインバー
タ181,182の増幅動作により、最終的には
A′=0V、B′=5Vに設定される。このように、与
えられるデータの一方が不完全な値でも充分に動
作可能である。 次に、第9図に示すように、第8図におけるク
ロツクドインバータ181に代えてインバータ2
0を設け、同様な回路シユミレーシヨンを行なつ
た。この結果を第10図および第11図に示す。
第10図においては、A=2.5Vに設定しており、
第11図ではA=2Vに初期設定した後、クロツ
ク信号を供給している。図示するように、第9
図に示すような回路構成では、入力信号Aが
2.5Vであればこの電位をクロツクドインバータ
182とインバータ20とによつて5Vに補正でき
るが、入力信号Aが2Vでは0Vとなつてしまい補
正が不可能である。これに対し、前記第8図の回
路では、第6図および第7図に示したように、入
力信号Aが2Vおよび1Vの場合でもこれを5Vに補
正してラツチできる。 第12図aは、この発明の他の実施例を示して
いる。図において、前記第1図と同一構成部には
同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。す
なわち、前記第1図におけるクロツクドインバー
タ182に代えて、クロツクドナンドゲート21
を設けており、このクロツクドナンドゲート21
にゼツト信号を供給することにより、セツト可
能にしている。第12図bに上記第12図aのブ
ロツク図を示す。 このような構成においても基本的には前記第1
図aの回路と同様な動作を行ない、同じ効果が得
られる。 なお、上記各実施例では、データ転送ゲートと
してクロツクドインバータ171,172を用いた
が、第13図に示すようにトランスフアゲート2
1,222を設けるとともに、ノードN3,N4
インバータ231,232を設け、これらインバー
タ231,232の出力端からラツチ出力DO,DO
得るようにしても良い。 第14図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、前記第1図aに示したラツチ回路を2段縦続
接続してマスタースレーブ型のD型フリツプフロ
ツプを構成している。クロツク信号(第1の制御
信号)で制御されるクロツクドインバータ171
172の入力端にはそれぞれ、逆相のデータDI,DI
が供給される。上記各クロツクドインバータ17
,172の出力端間には、クロツク信号で制御
されるクロツクドインバータ181の入力端およ
び出力端が接続されるとともに、クロツク信号
で制御されるクロツクドインバータ182の出力
端および入力端がそれぞれ接続される。上記クロ
ツクドインバータ181の入力端とクロツクドイ
ンバータ182の出力端との接続点(ノードN3
には、クロツク信号(第2の制御信号)で制御
されるクロツクドインバータ173の入力端が接
続される。また、上記クロツクドインバータ18
の入力端とクロツクドインバータ181の出力端
との接続点(ノードN4)には、クロツク信号
で制御されるクロツクドインバータ174の入力
端が接続される。上記各クロツクドインバータ1
3,174の出力端間には、クロツク信号φで制
御されるクロツクドインバータ183の入力端お
よび出力端が接続されるとともに、クロツク信号
φで制御されるクロツクドインバータ184の出
力端および入力端がそれぞれ接続される。そし
て、上記クロツクドインバータ183の入力端と
クロツクドインバータ184の出力端との接続点
(ノードN5)から出力信号DOを得、上記クロツ
クドインバータ184の入力端とクロツクドイン
バータ183の出力端との接続点(ノードN6)か
ら出力信号DOを得るようにして成る。 上記のような構成において、クロツクドインバ
ータ171,172および181,182から成るラ
ツチ回路と、クロツクドインバータ173,174
および181,182から成るラツチ回路はそれぞ
れ、前記第1図aの回路と全く同じ動作を行な
う。従つて、各々のラツチ回路は高速動作が可能
で且つ高信頼性を有しており、このようなラツチ
回路を縦続接続して構成したフリツプフロツプ回
路も高速動作が可能であり、動作マージンが広く
高信頼性が得られる。 第15図は、前記第14図に示したフリツプフ
ロツプ回路に対して、前述した回路シユミレーシ
ヨンSPICEを用いて動作シユミレーシヨンを行
なつた結果を示している。ここでは、前記第14
図の回路をCMOS化し、Nチヤネル形MOSトラ
ンジスタのチヤネル幅Wnとチヤネル長Lnとの比
をWn/Ln=15/1.2、Pチヤネル形MOSトラン
ジスタのチヤネル幅Wpとチヤネル長Lpとの比を
Wp/Lp=15/1.2にそれぞれ設定しており、ク
ロツク信号φは333.33MHz(周期3nsec)にして
いる。図示するように、クロツク信号φが高周波
数であつても充分に動作可能であることがわか
る。 第16図は、前記第14図に示したフリツプフ
ロツプ回路のブロツク図を示している。このフリ
ツプフロツプ回路24を、第17図に示すように
入力端D,と出力端Q,を各々接続して複数
段(n段)縦続接続し、各クロツク入力端CKに
同じクロツク信号φを供給すると、シフトレジス
タが構成できる。 なお、第18図に示すように、前記第14図に
示したフリツプフロツプ回路におけるノードN3
N4とクロツクドインバータ173,174の入力
端間、およびノードN2,N6にそれぞれインバー
タ251〜254を設け、インバータ253,254
から出力信号DO,DOを得るようにしても前記第1
4図の回路と同様な動作を行ない同じ効果が得ら
れる。 第19図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、前記第18図におけるデータ転送ゲートとし
てのクロツクドインバータ171,174に代え
て、トランスフアゲート261〜264をそれぞれ
設けたものである。この回路は、前記第13図に
示したラツチ回路を2段縦続接続したものに相当
する。 第20図は、フリツプフロツプ回路のさらに他
の構成例を示している。すなわち、前記各実施例
ではクロツク信号φ,を用いたが、第20図に
示す回路ではクロツク信号φ11およびφ22
をそれぞれ用いており、回路構成は前記第14図
と同じになつている。 前記第19図および第20図に示したような構
成でも、基本的には前記第14図および第18図
の回路と同様な動作を行ない同じ効果が得られる
のはもちろんである。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、高速動
作が可能であり、且つ動作マージンが広く高信頼
性を有するラツチ回路およびこのラツチ回路を用
いたフリツプフロツプ回路が得られる。
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to logic circuits, and more particularly to a latch circuit and a flip-flop circuit using the latch circuit. [Technical background of the invention and its problems] Conventionally, a latch circuit (Transperent Latch)
For example, it is configured as shown in FIG. 21a.
That is, the input data DI is input to the input terminal D of the clocked inverter 11 controlled by the clock signal φ.
is supplied to The output end of this clocked inverter 11 is connected to the input end of an inverter 12, and also the output end of a clocked inverter 13 controlled by a clock signal. The output terminal of the inverter 12 and the input terminal of the clocked inverter 13 are connected, and a latch output DO is obtained from the output terminal Q of the inverter 12. FIG. 21b shows the above-mentioned
Figure 3 shows a block diagram of the circuit of Figure a. FIG. 22 shows a master-slave type D flip-flop circuit constructed by cascading two stages of the latch circuits shown in FIG. 21a. FIG. 23 shows a D configured by continuously connecting clocked inverters 14 1 , 14 2 and inverters 15 1 , 15 2 controlled by a clock signal φ, respectively.
type flip-flop circuit, and the above-mentioned second
Clocked inverters 13 1 , 13 2 in Figure 2
is removed. Figures 22 and 2 above
The flip-flop circuit shown in FIG. 3 is represented by a block diagram as shown in FIG. A shift register can be constructed by continuously connecting such D-type flip-flop circuits in a plurality of stages as shown in FIG. In FIG. 25, each D-type flip-flop 16 1 , 16 2 . . . 16n receives a clock signal φ
Data is sequentially shifted to the next stage at the falling edge of . As mentioned above, latch circuits are basic circuits such as flip-flop circuits and shift registers. Incidentally, the above-mentioned D-type flip-flop circuit is widely used in computer registers, etc., but as the operating speed of computers increases, it is desired that the above-mentioned D-type flip-flop circuit also be faster. In particular, such requirements are strong for registers forming the stages of supercomputers operating in pipeline processing. However, the above configuration has the disadvantage that it cannot sufficiently meet the above-mentioned high speed requirements. This is a problem with the clocked inverters that constitute the latch circuits and flip-flop circuits. This will be explained in detail below. A clocked inverter consists of P-channel MOS transistors connected in series between power supplies V DD and V SS as shown in Figure 26.
Q 1 , Q 2 and N-channel MOS transistors
It consists of Q 3 and Q 4 . A clock signal φ is supplied to the gates of the MOS transistors Q 1 and Q 4 , respectively, and the MOS transistors Q 2 and Q 4 are supplied with a clock signal φ, respectively.
Input data DI is supplied to the gate of Q3 .
Then, output data DO is obtained from the connection point between the MOS transistors Q 2 and Q 3 . When a D-type flip-flop as shown in FIGS. 22 and 23 is constructed using a clocked inverter with the above configuration, the input data DI
In order to latch the clock signal φ must be “1”.
output node of clocked inverter 111 or 141 within the period of “0” level.
It is necessary that N 1 and N 2 reach the circuit threshold value V M of the inverter 12 1 or 15 1 , respectively. Therefore, there is a limit to increasing the frequency of the clock signal φ. Furthermore, even if the potentials of nodes N 1 and N 2 reach the circuit threshold value VM , if the clock signal φ reaches the "0" level before each node N 1 and N 2 is sufficiently precharged or discharged, , it takes time to drive the gate of the next stage, causing a decrease in operating speed. Furthermore, if the threshold voltage of the P-channel MOS transistors Q 1 and Q 2 that make up the clocked inverter becomes lower than the set value due to manufacturing process reasons or during use (e.g. -0.8V
), the drive ability of the P-channel MOS transistors Q 1 and Q 2 drops significantly, making it impossible to bring the output node to the "1" level in a short time, and the operating speed decreases. This results in a decrease in performance and reliability. [Object of the Invention] This invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a latch circuit that is capable of high-speed operation, has a wide operating margin, and has high reliability, and to provide a latch circuit that can operate at high speed, has a wide operating margin, and has high reliability. An object of the present invention is to provide a flip-flop circuit using the circuit. [Summary of the Invention] That is, in the present invention, in order to achieve the above object, the latch circuit of the first invention has a first clocked gate and an output terminal connected to the input terminal of the first clocked gate. a second clocked gate having an input terminal connected to the output terminal and controlled by the same clock signal as the first clocked gate; and a second clocked gate controlled by the control signal and supplying data to the input terminal of the first clocked gate. a first data transfer gate; and a second data transfer gate that is controlled by the control signal and supplies data in phase opposite to the data to the input terminal of the second clocked gate; It is characterized in that latch outputs having mutually opposite phases are obtained from the output ends of one clocked gate. The flip-flop circuit according to the second invention includes a first clocked gate controlled by a first clock signal, an output terminal connected to the input terminal of the first clocked gate, and an input terminal connected to the output terminal. a second clocked gate controlled by the first clock signal; a first data transfer gate controlled by the first control signal for supplying data to an input of the first clocked gate; a second data transfer gate that is controlled by a control signal and supplies data in phase opposite to the data to the input terminal of the second clocked gate;
A third clocked gate controlled by the second clock signal, an output terminal connected to the input terminal of the third clocked gate, and an input terminal connected to the output terminal, and controlled by the second clock signal. a fourth clocked gate which is controlled by a second control signal and which supplies a first latch signal outputted from the output terminal of the second clocked gate to the input terminal of the third clocked gate. a data transfer gate; and a fourth data transfer that is controlled by the second control signal and supplies a second latch signal output from the output of the first clocked gate to the input of the fourth clocked gate. The fourth and third clocked gates are characterized in that outputs having mutually opposite phases are obtained from the output terminals of the fourth and third clocked gates. [Embodiment of the Invention] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1a shows an example of the construction of a latch circuit, and FIG. 1b shows its block diagram. Data DI of opposite phase is supplied to the input terminals of clocked inverters (data transfer gates) 17 1 and 17 2 controlled by a clock signal φ, respectively. The above clocked inverters 17 1 , 17 2
A clocked inverter (clocked gate) 18 controlled by a clock signal is connected between the output terminals of the
The input and output ends of the circuit are connected to each other, and the output and input ends of a clocked inverter (clocked gate) 182 controlled by a clock signal are connected to each other. and a connection point N 3 between the input end and the output end of the clocked inverters 18 1 and 18 2 ;
A latch output signal DO is obtained from the connection point N4 between the output end and the input end. In the above configuration, the clocked inverters 18 1 and 18 2 constitute a sense amplifier circuit, which amplifies the data DI inputted via the clocked inverters 17 1 and 17 2 . ing. Now, if the clock signal φ goes to the "1" level, the data DI is transmitted to the node via the clocked inverters 17 1 and 17 2 , respectively.
Supplied to N 3 and N 4 . When the clock signal reaches the "1" level, the potentials at nodes N3 and N4 are amplified and latched by clocked inverters 181 and 182 . At this time, even if the circuit threshold value V M of the clocked inverters 17 1 and 17 2 fluctuates for some reason, the nodes N 3 and N 4
If the magnitude relationship of the potentials is correct, these nodes
N 3 and N 4 are clocked inverters 18 1 and 18 2
The voltage is immediately corrected to the correct potential. for example,
Each clocked inverter 17 1 , 17 2 , 18 1 ,
The circuit threshold value V M of 18 2 is set to 2.5V, and the input data
When DI = “0” (0V) and DI = “1” (5V) are applied, and the clock signal φ changes from “1” level to “0” level, the potentials of nodes N 3 and N 4 each become 1.5V. ,
Even if it reaches 1.0V, this potential is immediately corrected to 5V and 0V by clocked inverters 181 and 182 , and data can be given to nodes connected to these nodes N3 and N4 . Note that when the clock signal φ is at the "0" level, the data on the nodes N3 and N4 are held statically by the clocked inverters 181 and 182 . Therefore, according to such a configuration, if at least one of the clocked inverters 17 1 and 17 2 takes in enough data DI or DI , the other one will not operate normally and the potential of its output node will change to the next one. Normal operation can be performed even if the circuit threshold value VM of the gate connected to the stage is not reached, and high reliability can be obtained. Further, even if the outputs of the clocked inverters 17 1 and 17 2 are not completely determined, it is sufficient to determine their magnitude relationship, so that the operating speed can be increased. Figures 2 to 7 are the same as Figure 1a above.
Circuit simulation of a sense amplifier circuit consisting of clocked inverters 18 1 and 18 2 in
This shows the simulation results using SPICE. In this simulation, the circuit is configured as shown in FIG. A circuit like this
CMOS, and the ratio of channel width Wn and channel length Ln of N-channel MOS transistor to Wn/Ln
=15/1.2, the ratio of channel width Wp to channel length Lp of a P-channel MOS transistor is Wp/Lp=
They are set to 22/1.5. Figure 2 shows A
The simulation result is shown when a clock signal is applied after initializing B (corresponding to node N3 in FIG. 1) to 5V and B (corresponding to node N4 in FIG. 1) to 0V. Similarly, Figure 3 shows A
= 4V, B = 1V, Figure 4 shows A = 3V, B = 2V, Figure 5 shows A = 2.6V, B = 2.4V, Figure 6 shows A = 2V,
B=1V, and in FIG. 7, the clock signal is applied after initial setting to A=1V and B=0V, respectively. As shown in the figure, even if the input signal A,
Even if the level of B is lower than the circuit threshold voltage V M of the inverters 19 1 and 19 2 , the amplification operation of the clocked inverters 18 1 and 18 2 will eventually
A′=0V, B′=5V are set. In this way, it is possible to operate satisfactorily even if one of the supplied data has an incomplete value. Next, as shown in FIG. 9, an inverter 2 is used instead of the clocked inverter 181 in FIG.
A similar circuit simulation was performed by setting 0. The results are shown in FIGS. 10 and 11.
In Figure 10, A=2.5V is set,
In FIG. 11, the clock signal is supplied after initial setting to A=2V. As shown, the ninth
In the circuit configuration shown in the figure, input signal A is
If it is 2.5V, this potential can be corrected to 5V by the clocked inverter 182 and inverter 20, but if the input signal A is 2V, it becomes 0V and correction is impossible. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 8, as shown in FIGS. 6 and 7, even when the input signal A is 2V and 1V, it can be corrected to 5V and latched. FIG. 12a shows another embodiment of the invention. In the figure, the same components as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted. That is, in place of the clocked inverter 182 in FIG.
This clock gate 21
This is made possible by supplying a SET signal to the SET signal. FIG. 12b shows a block diagram of FIG. 12a. Even in such a configuration, basically the first
The circuit operates in the same way as the circuit shown in Figure a, and the same effect can be obtained. In each of the above embodiments, clocked inverters 17 1 and 17 2 were used as data transfer gates, but as shown in FIG.
2 1 and 22 2 , and inverters 23 1 and 23 2 may be provided at nodes N 3 and N 4 , and the latch outputs DO and DO may be obtained from the output terminals of these inverters 23 1 and 23 2 . FIG. 14 shows another embodiment of the present invention, in which two stages of the latch circuits shown in FIG. 1a are connected in cascade to form a master-slave type D flip-flop. a clocked inverter 17 1 controlled by a clock signal (first control signal);
17 2 input terminals have opposite phase data DI, DI , respectively.
is supplied. Each of the above clocked inverters 17
The input and output terminals of a clocked inverter 181 , which is controlled by a clock signal, are connected between the output terminals of the clocked inverter 181 and the output terminal of the clocked inverter 182 , which is controlled by a clock signal. and input ends are connected respectively. Connection point between the input end of the clocked inverter 181 and the output end of the clocked inverter 182 (node N3 )
is connected to the input terminal of a clocked inverter 173 controlled by a clock signal (second control signal). In addition, the clocked inverter 18
The input end of a clocked inverter 174 controlled by a clock signal is connected to the connection point (node N4 ) between the input end of the clocked inverter 2 and the output end of the clocked inverter 181 . Each of the above clocked inverters 1
The input and output terminals of a clocked inverter 18 3 controlled by a clock signal φ are connected between the output terminals of the circuits 7 3 and 17 4 , and a clocked inverter 18 4 controlled by a clock signal φ is also connected. The output end and input end of are connected to each other. Then, an output signal DO is obtained from the connection point (node N5 ) between the input end of the clocked inverter 183 and the output end of the clocked inverter 184 , and the output signal DO is connected to the input end of the clocked inverter 184 and the output end of the clocked inverter 184. The output signal DO is obtained from the connection point (node N 6 ) with the output end of the loaded inverter 18 3 . In the above configuration, a latch circuit consisting of clocked inverters 17 1 , 17 2 and 18 1 , 18 2 , and clocked inverters 17 3 , 17 4
and 18 1 and 18 2 respectively perform exactly the same operation as the circuit of FIG. 1a. Therefore, each latch circuit is capable of high-speed operation and has high reliability, and a flip-flop circuit constructed by cascading such latch circuits is also capable of high-speed operation and has a wide operating margin and high reliability. Gain reliability. FIG. 15 shows the results of an operation simulation performed on the flip-flop circuit shown in FIG. 14 using the circuit simulation SPICE described above. Here, the fourteenth
The circuit shown in the figure is converted into CMOS, and the ratio of channel width Wn and channel length Ln of N-channel type MOS transistor is Wn/Ln = 15/1.2, and the ratio of channel width Wp and channel length Lp of P-channel type MOS transistor is
Wp/Lp is set to 15/1.2, respectively, and the clock signal φ is set to 333.33MHz (period: 3nsec). As shown in the figure, it can be seen that sufficient operation is possible even when the clock signal φ has a high frequency. FIG. 16 shows a block diagram of the flip-flop circuit shown in FIG. 14. If this flip-flop circuit 24 is cascaded in multiple stages (n stages) by connecting the input end D and the output end Q, respectively, as shown in FIG. 17, and the same clock signal φ is supplied to each clock input end CK. , a shift register can be constructed. Note that, as shown in FIG. 18, the nodes N 3 ,
Inverters 25 1 to 25 4 are provided between N 4 and the input terminals of clocked inverters 17 3 and 17 4 , and between nodes N 2 and N 6 , respectively.
Even if the output signals DO and DO are obtained from the first
The circuit operates in the same manner as the circuit shown in FIG. 4, and the same effect can be obtained. FIG. 19 shows another embodiment of the present invention, in which transfer gates 26 1 to 26 4 are provided in place of clocked inverters 17 1 and 17 4 as data transfer gates in FIG. It is something that This circuit corresponds to a two-stage cascade connection of the latch circuits shown in FIG. 13 above. FIG. 20 shows yet another example of the structure of the flip-flop circuit. That is , in each of the embodiments described above, the clock signal φ was used, but in the circuit shown in FIG .
The circuit configuration is the same as that shown in FIG. 14 above. It goes without saying that the configurations shown in FIGS. 19 and 20 can also basically operate in the same way as the circuits shown in FIGS. 14 and 18 and provide the same effects. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a latch circuit that is capable of high-speed operation, has a wide operating margin, and has high reliability, and a flip-flop circuit using this latch circuit can be obtained.

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

第1図はこの発明の一実施例に係わるラツチ回
路を示す図、第2図ないし第7図はそれぞれ上記
第1図の回路の動作を説明するために行なつたシ
ミユレーシヨン結果を示す図、第8図は上記第2
図ないし第7図のシユミレーションに用いた回路
を示す図、第19図は別のシユミレーションに用
いた回路を示す図、第10図および第11図はそ
れぞれ上記第9図の回路におけるシユミレーショ
ン結果を示す図、第12図および第13図はそれ
ぞれこの発明の他の実施例に係わるラツチ回路を
示す図、第14図は上記第1図のラツチ回路を用
いて構成したフリツプフロツプ回路を示す図、第
15図は上記第14図のフリツプフロツプ回路の
シユミレーション結果を示す図、第16図は上記
第14図のフリツプフロツプ回路のブロツク図、
第17図は上記第16図のフリツプフロツプ回路
を用いて構成したシフトレジスタを示す図、第1
8図ないし第20図はそれぞれ上記第14図のフ
リツプフロツプ回路の他の構成例を示す図、第2
1図は従来のラツチ回路を示す図、第22図は上
記第21図のラツチ回路を用いて構成した従来の
フリツプフロツプ回路を示す図、第23図は従来
のフリツプフロツプ回路の他の構成例を示す図、
第24図は上記第22図および第23図のフリツ
プフロツプ回路のブロツク図、第25図は上記第
24図のフリツプフロツプ回路を用いて構成した
シフトレジスタを示す図、第26図はクロツクド
インバータの構成例を示す回路図である。 181,182…クロツクドインバータ(第1、
第2のクロツクドゲート)、…クロツク信号、
171,172…クロツクドインバータ(第1、第
2のデータ転送ゲート)、φ…クロツク信号(制
御信号)、DI,DI…入力データ、DO,DO…出力信
号。
FIG. 1 is a diagram showing a latch circuit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 7 are diagrams showing the results of simulations conducted to explain the operation of the circuit shown in FIG. 1, respectively. Figure 8 is the second figure above.
Figures 19 and 11 are diagrams showing the circuits used in the simulations shown in Figures 7 to 7, Figure 19 is a diagram showing the circuits used in another simulation, and Figures 10 and 11 are the circuits shown in Figure 9 above. Figures 12 and 13 are diagrams showing simulation results, respectively, showing latch circuits according to other embodiments of the present invention, and Figure 14 is a flip-flop circuit constructed using the latch circuit shown in Figure 1 above. 15 is a diagram showing the simulation results of the flip-flop circuit shown in FIG. 14, FIG. 16 is a block diagram of the flip-flop circuit shown in FIG. 14,
FIG. 17 is a diagram showing a shift register constructed using the flip-flop circuit shown in FIG.
8 to 20 are diagrams showing other configuration examples of the flip-flop circuit shown in FIG. 14, respectively.
1 shows a conventional latch circuit, FIG. 22 shows a conventional flip-flop circuit constructed using the latch circuit shown in FIG. 21, and FIG. 23 shows another example of the structure of the conventional flip-flop circuit. figure,
FIG. 24 is a block diagram of the flip-flop circuit shown in FIGS. 22 and 23, FIG. 25 is a diagram showing a shift register constructed using the flip-flop circuit shown in FIG. 24, and FIG. 26 is a diagram of a clocked inverter. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example. 18 1 , 18 2 ...Clocked inverter (first,
second clocked gate), ... clock signal,
17 1 , 17 2 ... clocked inverter (first and second data transfer gates), φ ... clock signal (control signal), DI, DI ... input data, DO, DO ... output signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1のクロツクドゲートと、この第1クロツ
クドゲートの入力端に出力端が接続されるととも
に出力端に入力端が接続され、上記第1クロツク
ドゲートと同じクロツク信号によつて制御される
第2のクロツクドゲートと、制御信号によつて制
御され上記第1クロツクドゲートの入力端にデー
タを供給する第1のデータ転送ゲートと、上記制
御信号によつて制御され上記第2クロツクドゲー
トの入力端に上記データと逆相のデータを供給す
る第2のデータ転送ゲートとを具備し、上記第
2、第1のクロツクドゲートの出力端から互いに
逆相のラツチ出力を得ることを特徴とするラツチ
回路。 2 前記第1、第2のクロツクドゲートはそれぞ
れ、クロツクドインバータから成ることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のラツチ回路。 3 前記第1、第2のデータ転送ゲートはそれぞ
れ、クロツクドインバータから成ることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のラツチ回路。 4 第1のクロツク信号で制御される第1のクロ
ツクドゲートと、この第1クロツクドゲートの入
力端に出力端が接続されるとともに出力端に入力
端が接続され、上記第1のクロツク信号によつて
制御される第2のクロツクドゲートと、第1の制
御信号によつて制御され上記第1クロツクドゲー
トの入力端にデータを供給する第1のデータ転送
ゲートと、上記第1の制御信号によつて制御され
上記第2クロツクドゲートの入力端に上記データ
と逆相のデータを供給する第2のデータ転送ゲー
トと、第2のクロツク信号で制御される第3のク
ロツクドゲートと、この第3のクロツクドゲート
の入力端に出力端が接続されるとともに出力端に
入力端が接続され、上記第2のクロツク信号によ
つて制御される第4のクロツクドゲートと、第2
の制御信号によつて制御され、上記第2のクロツ
クドゲートの出力端から出力される第1のラツチ
信号を上記第3クロツクドゲートの入力端に供給
する第3のデータ転送ゲートと、上記第2の制御
信号によつて制御され、上記第1のクロツクドゲ
ートの出力端から出力される第2のラツチ信号を
上記第4クロツクドゲートの入力端に供給する第
4のデータ転送ゲートとを具備し、上記第4、第
3のクロツクドゲートの出力端から互いに逆相の
出力を得ることを特徴とするフリツプフロツプ回
路。 5 前記第1ないし第4のクロツクドゲートはそ
れぞれ、クロツクドインバータから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載のフリツプフ
ロツプ回路。 6 前記第1ないし第4のデータ転送ゲートはそ
れぞれ、クロツクドインバータから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載のフリツプフ
ロツプ回路。
[Claims] 1. A first clocked gate, an output terminal connected to the input terminal of the first clocked gate, an input terminal connected to the output terminal, and controlled by the same clock signal as the first clocked gate. a second clocked gate that is controlled by a control signal and supplies data to the input of the first clocked gate; a first data transfer gate that is controlled by the control signal and supplies data to the input of the second clocked gate; A latch circuit comprising a second data transfer gate that supplies data in phase opposite to the above data, and obtaining latch outputs in phases opposite to each other from the output terminals of the second and first clocked gates. 2. The latch circuit according to claim 1, wherein said first and second clocked gates each comprise a clocked inverter. 3. The latch circuit according to claim 1, wherein each of said first and second data transfer gates comprises a clocked inverter. 4 A first clocked gate controlled by the first clock signal, an output terminal connected to the input terminal of the first clocked gate, and an input terminal connected to the output terminal, and controlled by the first clock signal. a second clocked gate that is controlled by the first control signal and supplies data to an input terminal of the first clocked gate; a second data transfer gate that supplies data with the opposite phase to the above data to the input end of the second clocked gate; a third clocked gate controlled by the second clock signal; and an output to the input end of the third clocked gate. a fourth clocked gate whose terminals are connected to each other and whose input terminal is connected to the output terminal and which is controlled by the second clock signal;
a third data transfer gate that is controlled by a control signal of the second clocked gate and supplies the first latch signal outputted from the output terminal of the second clocked gate to the input terminal of the third clocked gate; a fourth data transfer gate that is controlled by a signal and supplies a second latch signal output from the output of the first clocked gate to the input of the fourth clocked gate; A flip-flop circuit characterized in that outputs having mutually opposite phases are obtained from the output end of a third clocked gate. 5. The flip-flop circuit according to claim 4, wherein each of said first to fourth clocked gates comprises a clocked inverter. 6. The flip-flop circuit according to claim 4, wherein each of said first to fourth data transfer gates comprises a clocked inverter.
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