JPH10308662A - Cmos論理回路およびその駆動方法 - Google Patents

Cmos論理回路およびその駆動方法

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JPH10308662A
JPH10308662A JP9119982A JP11998297A JPH10308662A JP H10308662 A JPH10308662 A JP H10308662A JP 9119982 A JP9119982 A JP 9119982A JP 11998297 A JP11998297 A JP 11998297A JP H10308662 A JPH10308662 A JP H10308662A
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cmos
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    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえば一対のPMOSトランジスタから成
るクランプ回路とそれぞれ少なくとも1つのNMOSト
ランジスタを備える2つの関数回路とを備えて構成さ
れ、(c)で示すパルス電源によって駆動され、出力ノ
ードを断熱充電するようにしたCMOS論理回路の駆動
方法において、演算処理時間の短縮を図る。 【解決手段】 (a)(b)で示す入力を前記パルス電
源と同位相とする。したがって、パルス電源がハイレベ
ルであるときには、いずれかの入力もハイレベルで立上
がっており、(d)および(e)で示すように、前記
(a)(b)で示すそれぞれの入力に対応する出力もパ
ルス電源の立上がりに合わせて立上がり、断熱充電動作
を実現しつつ、入力に対する出力の応答遅れを無くし、
演算処理時間を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS集積回路
内に形成される論理回路およびその駆動方法に関し、特
に前記論理回路として、低消費電力な断熱充電法を利用
するCMOS構成の論理回路およびその駆動方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】断熱充電論理回路は、Seitz,C.L.,Frey,
A.H.,Mattisson,S.,Rabin,S.D.,Speck,D.A.,and van de
Snepscheut,J.L.A.:“Hot-Clock nMOS," Proceedings
of the 1985 Chapel Hill Conference on VLSI,pp.1-1
7(Computer Science Press,1985)によって提案されたM
OS集積論理回路の低消費電力化の手法である。以下
に、この断熱充電法について説明する。
【0003】標準的なCMOS回路では、或るノードの
電圧を充電するにあたって、電源に接続されたスイッチ
であるMOSFETを閉じると、ノードの容量Cが完全
に充電されるまで、スイッチの抵抗によって、該スイッ
チによる電位差をVとすると、(1/2)×CV2 の電
力が消費される。しかしながら、ノードの電位が電源電
位と等しければ、電源とノードとが接続されても、前記
スイッチには電流が流れず、電力消費もなくなる。
【0004】したがって、電源電圧を、スイッチ抵抗R
とノードの容量Cとの時定数RCに比べて比較的ゆっく
りと上昇させると、スイッチによる電位差を小さくし
て、ノードの電位を電源電圧と同様に上昇させて近い値
に保つことができる。このようにして、ノードの電位を
電源に対して均衡させ、容量を断熱的に充電することが
できる。このとき、スイッチの抵抗で生じる消費電力
は、
【0005】
【数1】
【0006】で与えられる。ただし、Tはこの過程に要
する時間であり、V(t)は容量の電圧特性である。
【0007】ここで、電圧の勾配が線形であり、かつ
R,Tが定数で、T≫RCであるとすると、前記式1は
下式で近似される。
【0008】
【数2】
【0009】なお、前記電圧の勾配が正弦波である場合
には、上記式2に係数π2 /8が掛る。
【0010】上記式2は、Tを無限大に大きくすると、
ノードの容量を充電するのに必要な電力を零にできるこ
とを示している。このように準静的に充電する方法が前
記断熱充電法であり、該断熱充電法での消費電力に関す
る点は、CMOSの標準的な充電方法では、時間に対し
て無関係、すなわちRC定数に無関係に、前述のように
(1/2)×CV2 の電力を消費する点とは大きく異な
っている。
【0011】たとえば図6で示すようなCMOSインバ
ータの場合、入力ノードKIへの入力INを図7(a)
で示すように変化するとき、出力ノードKOからの出力
/OUTは、図7(b)で示すように変化する。すなわ
ち、入力INが時刻t11においてローレベルに立下が
ると、PMOSトランジスタQPが導通し、NMOSト
ランジスタQNが遮断し、出力ノードKOは、PMOS
トランジスタQPを介して、電源ライン1を介して参照
符I1で示す充電電流によって充電され、前記電源ライ
ン1が接続される電源電位Vddまで充電される。
【0012】これに対して、前記入力INが時刻t12
においてハイレベルに立上がると、PMOSトランジス
タQPは遮断し、NMOSトランジスタQNは導通し、
出力ノードKOの電荷は、NMOSトランジスタQNを
介する電源ライン2への放電電流I2によって放電され
る。
【0013】したがって、このような通常の充電方法で
は、図8において、参照符α1で示す一定の電源電位V
ddと、参照符α2で示す出力ノードKOの電位との間
の電位差V1がスイッチングによる損失の原因となる。
これに対して、前述の断熱充電法では、電源電位は参照
符α3で示すように変化し、これに追従して出力ノード
KOの電位も参照符α4で示すように変化し、損失は参
照符V2で示す電位差に対応した僅かな値となる。
【0014】近年、このような断熱充電法を利用したM
OSトランジスタ回路が盛んに考案されている。たとえ
ば、Moon,Y.,and Jeong,D.-K,:“Efficient Charge Rec
overy Logic,"1995 Symposium on VLSI Circuits Diges
t of Technical Papers,pp.129-130,May 1995.ならびに
Kramer,A.,Denker,J.S.,Flower,B.,and Moroney,J.:“2
nd Order Adiabatic Computation with 2N-2P and 2N-2
N2P Logic Circuits,"Porc.Int.Symp.Low Power Desig
n,pp.191-196,Dana Point,April 1995. では、図9で示
すような基本的なCMOS論理回路LOGが示されてい
る。
【0015】このCMOS論理回路LOGは、ECRL
(Efficient Chargy Recovery Logic) 回路、または2N
−2P回路と称されるインバータ/バッファである。こ
のCMOS論理回路LOGは、大略的に、クランプ回路
CLPと、2つの関数回路FUN1,FUN2とを備え
て構成されている。前記クランプ回路CLPは、一対の
PMOSトランジスタQP1,QP2を備えて構成され
ている。また、関数回路FUN1,FUN2は、それぞ
れ1個のNMOSトランジスタQN1,QN2を備える
基本的な回路構成で実現されている。
【0016】前記PMOSトランジスタQP1,QP2
のソース電極は、共通に電源ライン1に接続されてお
り、この電源ライン1は、前記断熱充電法を実現するた
めのパルス電源φに接続されている。一方、NMOSト
ランジスタQN1,QN2のゲート電極は、それぞれ入
力ノードKI1,KI2に接続され、入力IN,/IN
が入力される。また、NMOSトランジスタQN1,Q
N2のソース電極には、電源ライン2を介して、定電圧
源となる接地レベルが共通に印加される。
【0017】PMOSトランジスタQP1のドレイン電
極とNMOSトランジスタQN1のドレイン電極とは、
相互に接続されて出力ノードKO2となり、該出力ノー
ドKO2からは出力/OUTが出力され、また該出力ノ
ードKO2は前記PMOSトランジスタQP2のゲート
電極にクロス接続されている。同様に、PMOSトラン
ジスタQP2のドレイン電極とNMOSトランジスタQ
N2のドレイン電極とは、相互に接続されて出力ノード
KO1となり、出力OUTを導出するとともに、該出力
ノードKO1は前記PMOSトランジスタQP1のゲー
ト電極にクロス接続されている。
【0018】図10は、上述のように構成された断熱充
電法を用いるCMOS論理回路LOGの典型的な従来技
術の駆動方法を説明するための波形図である。この駆動
方法では、「RESET」「WAIT」「EVALUA
TE」「HOLD」の4つの動作によって、1周期の動
作が構成されている。図9における、入力IN、入力/
IN、パルス電源φ、出力OUTおよび出力/OUTの
各波形は、それぞれ図10(a)、図10(b)、図1
0(c)、図10(d)および図10(e)に対応して
いる。
【0019】まず最初の周期では、「RESET」動作
によって、パルス電源φがハイレベルからローレベルに
引下げられて、出力ノードKO1,KO2のデータが消
去される。次に、「WAIT」動作では、前記パルス電
源φがローレベルのままで、いずれか一方の入力ノー
ド、この図10の例では、入力ノードKI1への入力I
Nがハイレベルに引上げられる。
【0020】こうして、入力状態が確定すると、「EV
ALUATE」動作が行われ、パルス電源φがハイレベ
ルに引上げられる。このとき、前述のように入力INが
ハイレベルであり、入力/INはローレベルであるの
で、NMOSトランジスタQN1が導通し、NMOSト
ランジスタQN2が遮断しており、PMOSトランジス
タQP2が導通し、出力OUTが前記パルス電源φの上
昇に伴って上昇してゆく。またこのとき、MOSトラン
ジスタQN2,QP1は遮断したままであり、出力/O
UTはローレベルのままとなる。
【0021】このようにして、出力ノードKO1,KO
2の電位が確定すると、「HOLD」動作が行われ、入
力ノードKI1,KI2がともにローレベルに引下げら
れて、入力データの消去が行われる。PMOSトランジ
スタQP1,QP2のゲート電極は、前述のように出力
ノードKO1,KO2とクロス接続されており、したが
って入力IN,/INを消去すると、NMOSトランジ
スタQN1,QN2はともに遮断するけれども、出力ノ
ードKO1のハイレベルは保持され、出力ノードKO2
は接地電源と遮断されて浮遊状態となり、そのローレベ
ルはダイナミックに保持される。
【0022】次の周期では、同様に「RESET」動作
の後、「WAIT」動作では、入力/INが引上げら
れ、入力INはローレベルのままとされる。これによっ
て、「HOLD」動作では、出力/OUTがハイレベル
に保持され、OUTはローレベルとなる。このようにし
て、インバータ/バッファ動作が実現される。
【0023】上述のように構成されたCMOS論理回路
LOGは、たとえば図11で示すように、該CMOS論
理回路LOGを単位論理回路として、複数段カスケード
接続された順序回路に構成され、レジスタなどとして使
用されている。
【0024】この図11で示す例では、インバータ/バ
ッファF1,F2,F3,F4は、それぞれ相互に位相
が1/4周期だけずれたパルス電源φ1,φ2,φ3,
φ4によって駆動される。パルス電源φ3,φ4は、パ
ルス電源φ1,φ2とそれぞれ逆位相でよく、φ3=/
φ1,φ4=/φ2となっている。第1段目のインバー
タ/バッファF1には、前記入力IN,/INが与えら
れ、後続の各インバータ/バッファF2,F3,F4へ
は、前段のインバータ/バッファF1,F2,F3から
の出力がそれぞれ与えられる。最終段のインバータ/バ
ッファF4からは、前記出力OUT,/OUTが出力さ
れる。
【0025】図12に、各パルス電源φ1,φ2,φ
3,φ4の動作波形図を示す。また、前記図12におけ
る各時刻t0,t1,t2,…でのインバータ/バッフ
ァF1〜F4の動作を図13で示す。この図13におい
て、「♯1」は、第1周期目のデータを表し、「♯2」
は第2周期目のデータを表す。このように、データ「♯
1」「♯2」…は、パルス電源φ1〜φ4に同期して、
1/4周期毎に、順次、後段側にシフトされてゆく。
【0026】一方、前述のように構成されたCMOS論
理回路LOGは、関数回路FUN1,FUN2のNMO
SトランジスタQN1,QN2を、複数の素子の直列お
よび/または並列構成とすることによって、所望とする
任意の複合論理回路を構成することができる。たとえ
ば、図14で示す複合論理回路logは、 OUT=(A・B+D・E)・(C+F) …(3) /OUT=/{(A・B+D・E)・(C+F)} …(4) という論理を示している。ただし、・は論理ANDを表
し、+は論理ORを表す。この論理回路logは、前記
PMOSトランジスタQP1,QP2をクランプ回路C
LPとし、前記NMOSトランジスタQN1に代えて、
入力論理A,B,C,D,E,Fにそれぞれ対応するN
MOSトランジスタQN11,QN12,QN13,Q
N14,QN15,QN16から成る関数回路FUN1
0と、前記NMOSトランジスタQN2に代えて、入力
論理/A,/B,/C,/D,/E,/Fにそれぞれ対
応するNMOSトランジスタQN21,QN22,QN
23,QN24,QN25,QN26とを備える関数回
路FUN20とを備えて構成されている。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】上述の複合論理回路l
ogのように、AND論理が複合化されると、トランジ
スタの直列段数が増加してしまう。このため、該直列段
数の増加による駆動能力の低下と、デバイスに要求され
る性能との兼合いによって生じる前記直列段数の制約か
ら、論理演算を複数段に分割して行わなければならない
場合がある。たとえば、前記NMOSトランジスタの直
列段数が2個までに制限された場合、前記図14で示す
回路は、図15で示す論理回路logaのように、2段
の論理回路LOG1,LOG2に分割される。
【0028】この論理回路logaでは、第1段目の論
理回路LOG1において、クランプ回路CLP1と関数
回路FUN11,FUN12とから成る論理回路によっ
て、 G=A・B+D・E …(5) /G=/(A・B+D・E) …(6) の論理演算を行い、クランプ回路CLP2と関数回路F
UN21,FUN22とから成る論理回路によって、 H=C+F …(7) /H=/(C+F) …(8) の論理演算を行うように構成されている。
【0029】この論理回路LOG1 での演算結果G,H
が、クランプ回路CLP3と関数回路FUN31,FU
N32とから成る第2段目の論理回路LOG2に入力さ
れて、 OUT=/(/G+/H)=(G・H) …(9) /OUT=/(G・H) …(10) の論理演算が行われている。
【0030】したがって、論理回路LOG2は、論理回
路LOG1の出力を入力としているので、前述の図10
で示す典型的な従来技術の駆動方法を用いると、第1段
目の論理回路LOG1の駆動に用いられるパルス電源φ
1から1/4周期遅れのパルス電源φ2が、第2段目の
単位論理回路LOG2の駆動に用いられることになる。
このため、従来技術の駆動方法では、複合論理を分割す
ると、その分割個数分だけ、演算処理に必要なクロック
数が増加し、演算処理時間が長くなるという問題があ
る。
【0031】本発明の目的は、演算処理時間を短縮する
ことができるCMOS論理回路およびその駆動方法を提
供することである。
【0032】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るC
MOS論理回路は、一対のMOSトランジスタを備え、
各MOSトランジスタのゲート電極は対を成す他方のM
OSトランジスタのドレイン電極にクロス接続され、ソ
ース電極は共にパルス電源または定電圧源のいずれか一
方に接続されるクランプ回路と、少なくとも1つのMO
Sトランジスタを備え、該MOSトランジスタのゲート
電極をそれぞれ入力ノードとし、一端が共通に前記パル
ス電源または定電圧源のいずれか他方に接続され、他端
はクランプ回路の対応するMOSトランジスタのドレイ
ン電極にそれぞれ接続されて出力ノードとなる2つの関
数回路とを含むCMOS論理回路において、複数個の該
CMOS論理回路で複合論理を構成する場合に、前記パ
ルス電源を共通とすることを特徴とする。
【0033】上記の構成によれば、複雑な複合論理を構
成するにあたって、関数回路のMOSトランジスタが直
列多段となってしまい、駆動能力の低下によって所望と
するデバイス性能が得られない場合に、該論理を分割
し、複数のCMOS論理回路でそれぞれ演算処理して、
その演算処理結果を合成するように構成すると、分割し
た各論理の演算のためのCMOS論理回路からの出力、
すなわち後段側のその分割された論理を合成するための
CMOS論理回路の入力は、パルス電源と同位相となっ
ているのに対して、前記後段側のCMOS論理回路に共
通のパルス電源から電力を供給しても、その出力ノード
は断熱充電されることになる。
【0034】このようにして、低消費電力である断熱充
電法を利用するようにしたCMOS論理回路において、
複数個のCMOS論理回路で複合論理を構成しても、そ
れぞれのCMOS論理回路に個別の位相のパルス電源が
必要とならず、演算処理のための時間を短縮することが
できる。また、パルス電源がハイレベルであるときに、
ハイレベルとなるべき入力ノードがハイレベルに入力値
が確定したままで保持されるので、ローレベルとなるべ
き出力ノードは浮遊状態となることなく、その出力レベ
ルは安定して保持される。
【0035】また、請求項2の発明に係るCMOS論理
回路では、前記クランプ回路は一対のPMOSトランジ
スタから成り、前記2つの関数回路はそれぞれ1または
複数のNMOSトランジスタから成ることを特徴とす
る。
【0036】上記の構成によれば、入力ノードに接続さ
れる関数回路がNMOSトランジスタであるので、駆動
能力が高く、高速動作に対応することができる。
【0037】さらにまた、請求項3の発明に係るCMO
S論理回路では、前記クランプ回路は一対のCMOSト
ランジスタから成り、前記2つの関数回路はそれぞれ1
または複数のNMOSトランジスタまたはPMOSトラ
ンジスタから成ることを特徴とする。
【0038】上記の構成によれば、クランプ回路がCM
OS構成であるので、出力ノードがハイレベルまたはロ
ーレベルのいずれの状態であっても、その出力ノードの
論理が安定して保持され、誤動作を防止することができ
る。
【0039】また、請求項4の発明に係るCMOS論理
回路の駆動方法は、一対のMOSトランジスタを備え、
各MOSトランジスタのゲート電極は対を成す他方のM
OSトランジスタのドレイン電極にクロス接続され、ソ
ース電極は共にパルス電源または定電圧源のいずれか一
方に接続されるクランプ回路と、少なくとも1つのMO
Sトランジスタを備え、該MOSトランジスタのゲート
電極をそれぞれ入力ノードとし、一端が共通に前記パル
ス電源または定電圧源のいずれか他方に接続され、他端
はクランプ回路の対応するMOSトランジスタのドレイ
ン電極にそれぞれ接続されて出力ノードとなる2つの関
数回路とを含むCMOS論理回路の駆動方法において、
入力ノードを前記パルス電源と同位相で駆動することを
特徴とする。
【0040】上記の構成によれば、入力がパルス電源と
同位相で変化しても、ハイレベルを出力すべき出力ノー
ドの電位も同位相で変化するので、該出力ノードは断熱
充電されることになる。
【0041】したがって、低消費電力である断熱充電法
を利用するようにしたCMOS論理回路において、入力
と出力とが同位相となり、演算処理のための時間を短縮
することができる。
【0042】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1〜図4に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0043】図1は、たとえば前述の図9で示されるC
MOS論理回路LOGなどに適用される本発明の駆動方
法による動作を説明するための波形図である。本発明の
駆動方法では、前述の図10で示す従来技術の駆動方法
と同様に、「RESET」「WAIT」「EVALUA
TE」「HOLD」の4つの動作によって、1周期の動
作が構成されている。この図1において、入力IN、入
力/IN、パルス電源φ、出力OUTおよび出力/OU
Tの各波形は、それぞれ図1(a)、図1(b)、図1
(c)、図1(d)および図1(e)に対応している。
【0044】本発明の駆動方法で注目すべきは、ハイレ
ベルとなる入力IN,/INが、パルス電源φと同位相
とされることである。したがって、まず最初の周期で
は、「RESET」動作によって、パルス電源φがハイ
レベルからローレベルに引下げられて、出力ノードKO
1,KO2のデータが消去されるとともに、ハイレベル
であった入力、図1の例では/INがローレベルに引下
げられる。次に、「WAIT」動作では、パルス電源φ
および入力IN,/INが共にローレベルとされ、した
がって出力OUT,/OUTもローレベルとされる。
【0045】続いて、パルス電源φのレベルを立上げる
「EVALUATE」動作が行われ、このとき一方の入
力、すなわちこの図1の例ではINも、そのパルス電源
φの上昇にともなって、ハイレベルに引上げられる。ま
たこのとき、入力/INは、ローレベルのままとされ
る。したがって、NMOSトランジスタQN1が導通
し、NMOSトランジスタQN2が遮断して、PMOS
トランジスタQP2が導通し、出力OUTがハイレベル
に上昇してゆく。またこのとき、PMOSトランジスタ
QP1は遮断したままであり、出力/OUTはローレベ
ルのままとなる。
【0046】このようにして、出力ノードKO1,KO
2の電位が確定すると、「HOLD」動作となり、前記
パルス電源φおよび入力ノードINがハイレベルのまま
で保持され、したがって出力OUTもハイレベルのまま
となる。このとき、前述の図10で示す従来技術では、
入力INがローレベルとなってしまうので、出力ノード
KO2は接地電源と遮断されて浮遊状態となり、そのロ
ーレベルはダイナミックに保持されていただけであるの
に対して、本発明では、MOSトランジスタQN1,Q
P2が導通しているので、出力ノードKO1,KO2の
電位が安定して保持される。
【0047】次の周期では、同様に「RESET」動作
が行われ、パルス電源φの引下げにともなって、ハイレ
ベルであった入力INもローレベルに引下げられる。こ
れによって、ハイレベルであった出力OUTもローレベ
ルとなる。次の「WAIT」動作では、パルス電源φお
よび入力IN,/INが共にローレベルとされ、したが
って、出力OUT,/OUTもローレベルとされる。こ
れに続いて、「EVALUATE」動作では、入力IN
はローレベルのままで、パルス電源φの上昇にともなっ
て、入力/INがハイレベルに引上げられ、これによっ
て出力/OUTがハイレベルとなる。「HOLD」動作
では、パルス電源φおよび入力/INのハイレベルが保
持され、出力/OUTもハイレベルに安定して保持され
る。さらに次の周期の「RESET」動作となると、パ
ルス電源φの低下にともなって、入力/IN、したがっ
て出力/OUTがローレベルに引下げられる。
【0048】なお、上述のような駆動方法は、たとえ
ば、図2〜図4で示すような各CMOS論理回路LOG
a,LOGb,LOGcなどでも実施することができ
る。これらのCMOS論理回路LOGa,LOGb,L
OGcにおいて、前述の図9で示すCMOS論理回路L
OGに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付し
てその説明を省略する。
【0049】図2のCMOS論理回路LOGaは、クラ
ンプ回路CLPaをNMOSトランジスタQN1a,Q
N2aで構成し、2つの関数回路FUN1a,FUN2
aをそれぞれPMOSトランジスタQP1a,QP2a
で構成している。このようにして、関数回路をNMOS
トランジスタだけでなく、PMOSトランジスタを用い
て構成することによって、論理回路全体として、NMO
Sトランジスタ数とPMOSトランジスタ数とにあまり
差が無い回路を実現することができ、集積回路としての
レイアウト効率を良くすることができる。
【0050】また、図3のCMOS論理回路LOGb
は、NMOSトランジスタQN1,QN2からそれぞれ
成る関数回路FUN1,FUN2に、PMOSトランジ
スタQP1b,QP2bおよびNMOSトランジスタQ
N1b,QN2bから成るクランプ回路CLPbを組合
わせて構成されている。MOSトランジスタQP1b,
QN1bの直列回路と、MOSトランジスタQP2b,
QN2bの直列回路とが、電源ライン1,2間に介在さ
れている。
【0051】MOSトランジスタQP1b,QN1bの
ドレイン間の接続点が、前記NMOSトランジスタQN
1のドレインとともに前記出力ノードKO2となり、こ
の出力ノードKO2の電位は、MOSトランジスタQP
2b,QN2bのゲートに与えられる。同様に、MOS
トランジスタQP2b,QN2bのドレイン間の接続点
および前記NMOSトランジスタQN2のドレインは、
前記出力ノードKO1となり、この出力ノードKO1の
電位は、MOSトランジスタQP1b,QN1bのゲー
トに与えられる。したがって、出力ノードKO1,KO
2の電位は、ハイレベルまたはローレベルのいずれにな
っても、その電位を安定して保持することができる。
【0052】したがって、同様に、図4のCMOS論理
回路LOGcで示すように、前述のPMOSトランジス
タQP1a,QP2aからそれぞれ成る関数回路FUN
1a,FUN2aに、このクランプ回路CLPbを用い
るようにしてもよい。
【0053】このようなCMOS論理回路LOG,LO
Ga,LOGb,LOGcのいずれの構成であっても、
前述の図1のように、入力IN,/INをパルス電源φ
と同位相とすることができ、従来の図10で示す駆動方
法では、入力IN,/INから出力OUT,/OUTま
では1/4周期の遅れが生じていたのに対して、その遅
れを無くすことができ、演算処理時間を短縮することが
できる。また、パルス電源φがハイレベルであるときに
は、入力IN,/INが確定したままであるので、出力
ノードKO1,KO2が浮遊状態となることなく、出力
OUT,/OUTを安定して保持することができ、誤動
作を防止することができる。
【0054】さらにまた、入力IN,/INをパルス電
源φと同位相で駆動することによって、単位論理回路で
ある上記図9、図2、図3および図4で示すCMOS論
理回路LOG,LOGa,LOGb,LOGcを、前記
図11で示すようにカスケード接続する場合にも、演算
処理時間を短縮することができる。
【0055】本発明の実施の第2の形態について、図5
に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0056】図5は、本発明の実施の第2の形態のCM
OS論理回路LOGdの電気回路図である。このCMO
S論理回路LOGdは、前述の式3,4の複合論理を実
現するための回路であり、式5,6および式7,8の論
理演算を行う第1段目の論理回路LOG1は、前述の図
15で示すCMOS論理回路logaの構成と同様に構
成されている。しかしながら、式5,6および式7,8
の論理演算結果のAND論理を実現する第2段目の論理
回路LOG2は、第1段目の論理回路LOG1と同様の
パルス電源φで駆動されている。
【0057】第1段目の論理回路LOG1は、パルス電
源φがハイレベルであるときに、そのローレベルとなる
べき出力ノードが浮遊状態となるけれども、出力G,H
が共にハイレベルであるときには関数回路FUN31が
導通しており、これに対して出力G,Hが共にハイレベ
ルでないときには関数回路FUN32が導通しており、
これによって第2段目の論理回路LOG2の出力ノード
は浮遊状態となることなく、出力OUT,/OUTは安
定して保持される。
【0058】この点、第1段目の論理回路LOG1のク
ランプ回路CLP1,CLP2を、前述のクランプ回路
CLPbとすることによって、ローレベル出力時に浮遊
状態となるノードを無くすことができる。また、第2段
目の論理回路LOG2のクランプ回路CLP3に、前述
のクランプ回路CLPbを用いることによって、関数回
路FUN31,FUN32をNMOSトランジスタのサ
イズが小さいままで、出力ノードの駆動力を高めること
ができ、該出力ノードに接続されるノード数、すなわち
いわゆるファンアウトの大きい回路に好適に実施するこ
とができる。さらにまた、第2段目の論理回路LOG2
の関数回路FUN31,FUN32をPMOSトランジ
スタで構成することによって、単位論理回路を構成する
該CMOS論理回路LOGdについて考えると、NMO
Sトランジスタ数とPMOSトランジスタ数とにあまり
差が無い回路を実現することができ、集積回路としての
レイアウト効率を良くすることができる。
【0059】また、このCMOS論理回路LOGdを単
位論理回路として、前述の図11で示すような4種類の
パルス電源φ1,φ2,φ3,φ4を用いることによっ
て、任意の順序回路を構成することができる。
【0060】なお、所望とする複合論理、たとえば前述
の式3,4で示す論理を、上述のCMOS論理回路LO
Gdのように、2つの論理回路LOG1,LOG2に分
割するのではなく、さらに多数の論理回路に分割しても
よく、また第2段目の論理回路LOG2に含まれる単位
論理回路も、複数あってもよい。
【0061】
【発明の効果】請求項1の発明に係るCMOS論理回路
は、以上のように、クランプ回路と、2つの関数回路と
を含み、断熱充電法を用いるようにしたCMOS論理回
路において、複雑な複合論理を構成するにあたって、該
論理を分割し、複数のCMOS論理回路でそれぞれ演算
処理してその演算処理結果を合成するようにしても、後
段側のその分割された論理を合成するためのCMOS論
理回路に対して共通のパルス電源から電力を供給する。
【0062】それゆえ、それぞれのCMOS論理回路に
個別の位相のパルス電源が必要とならず、演算処理のた
めの時間を短縮することができる。また、パルス電源が
ハイレベルであるときに、ハイレベルとなるべき入力ノ
ードがハイレベルに入力値が確定したままで保持される
ので、ローレベルとなるべき出力ノードは浮遊状態とな
ることなく、その出力レベルは安定して保持される。
【0063】また、請求項2の発明に係るCMOS論理
回路は、以上のように、前記クランプ回路を一対のPM
OSトランジスタで構成し、前記2つの関数回路をそれ
ぞれ1または複数のNMOSトランジスタで構成する。
【0064】それゆえ、入力ノードに接続される関数回
路がNMOSトランジスタであるので、駆動能力が高
く、高速動作に対応することができる。
【0065】さらにまた、請求項3の発明に係るCMO
S論理回路は、以上のように、前記クランプ回路を一対
のCMOSトランジスタで構成し、前記2つの関数回路
をそれぞれ1または複数のNMOSトランジスタまたは
PMOSトランジスタで構成する。
【0066】それゆえ、クランプ回路がCMOS構成で
あるので、出力ノードがハイレベルまたはローレベルの
いずれの状態であっても、その出力ノードの論理が安定
して保持され、誤動作を防止することができる。
【0067】また、請求項4の発明に係るCMOS論理
回路の駆動方法は、以上のように、クランプ回路と、2
つの関数回路とを含み、断熱充電法を用いるようにした
CMOS論理回路の駆動方法において、入力ノードを前
記パルス電源と同位相で駆動する。
【0068】それゆえ、入力と出力とが同位相となり、
演算処理のための時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態のCMOS論理回路の駆
動方法を説明するための波形図である。
【図2】図1で示す駆動方法を実施することができるC
MOS論理回路の電気回路図である。
【図3】図1で示す駆動方法を実施することができる他
のCMOS論理回路の電気回路図である。
【図4】図1で示す駆動方法を実施することができるさ
らに他のCMOS論理回路の電気回路図である。
【図5】本発明の実施の第2の形態のCMOS論理回路
の電気回路図である。
【図6】CMOSインバータの充放電動作を説明するた
めの電気回路図である。
【図7】図6で示すCMOSインバータの動作を説明す
るための波形図である。
【図8】通常の充電方法と断熱充電法との違いを説明す
るためのグラフである。
【図9】図1で示す駆動方法を実施することができ、前
記断熱充電法を用いる基本的なCMOS論理回路の電気
回路図である。
【図10】断熱充電法を用いる典型的な従来技術のCM
OS論理回路の駆動方法を説明するための波形図であ
る。
【図11】図9で示すCMOS論理回路を用いて構成さ
れるシフトレジスタの電気回路図である。
【図12】図11で示すシフトレジスタの動作を説明す
るためのパルス電源の波形図である。
【図13】図11で示すシフトレジスタの動作を説明す
るための各インバータ/バッファの動作状態を示す図で
ある。
【図14】複合論理のCMOS論理回路の電気回路図で
ある。
【図15】図14で示すCMOS論理回路の複合論理を
分割して構成される従来技術のCMOS論理回路の電気
回路図である。
【符号の説明】
1,2 電源ライン CLP,CLPa,CLPb クランプ回路 CLP1,CLP2,CLP3 クランプ回路 FUN1,FUN2 関数回路 FUN1a,FUN2a 関数回路 FUN11,FUN12 関数回路 FUN21,FUN22 関数回路 FUN31,FUN32 関数回路 KI1,KI2 入力ノード KO1,KO2 出力ノード LOG,LOGa,LOGb,LOGc,LOGd
CMOS論理回路 LOG1,LOG2 CMOS論理回路 QN1,QN2;QN1a,QN2a;QN1b,QN
2b NMOSトランジスタ QN11〜QN16;QN21〜QN26 NMOS
トランジスタ QP1,QP2;QP1a,QP2a;QP1b,QP
2b PMOSトランジスタ φ,φ1,φ2,φ3,φ4 パルス電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対のMOSトランジスタを備え、各MO
    Sトランジスタのゲート電極は対を成す他方のMOSト
    ランジスタのドレイン電極にクロス接続され、ソース電
    極は共にパルス電源または定電圧源のいずれか一方に接
    続されるクランプ回路と、少なくとも1つのMOSトラ
    ンジスタを備え、該MOSトランジスタのゲート電極を
    それぞれ入力ノードとし、一端が共通に前記パルス電源
    または定電圧源のいずれか他方に接続され、他端はクラ
    ンプ回路の対応するMOSトランジスタのドレイン電極
    にそれぞれ接続されて出力ノードとなる2つの関数回路
    とを含むCMOS論理回路において、 複数個の該CMOS論理回路で複合論理を構成する場合
    に、前記パルス電源を共通とすることを特徴とするCM
    OS論理回路。
  2. 【請求項2】前記クランプ回路は一対のPMOSトラン
    ジスタから成り、前記2つの関数回路はそれぞれ1また
    は複数のNMOSトランジスタから成ることを特徴とす
    る請求項1記載のCMOS論理回路。
  3. 【請求項3】前記クランプ回路は一対のCMOSトラン
    ジスタから成り、前記2つの関数回路はそれぞれ1また
    は複数のNMOSトランジスタまたはPMOSトランジ
    スタから成ることを特徴とする請求項1記載のCMOS
    論理回路。
  4. 【請求項4】一対のMOSトランジスタを備え、各MO
    Sトランジスタのゲート電極は対を成す他方のMOSト
    ランジスタのドレイン電極にクロス接続され、ソース電
    極は共にパルス電源または定電圧源のいずれか一方に接
    続されるクランプ回路と、少なくとも1つのMOSトラ
    ンジスタを備え、該MOSトランジスタのゲート電極を
    それぞれ入力ノードとし、一端が共通に前記パルス電源
    または定電圧源のいずれか他方に接続され、他端はクラ
    ンプ回路の対応するMOSトランジスタのドレイン電極
    にそれぞれ接続されて出力ノードとなる2つの関数回路
    とを含むCMOS論理回路の駆動方法において、 入力ノードを前記パルス電源と同位相で駆動することを
    特徴とするCMOS論理回路の駆動方法。
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