半動態(tài)觸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半動態(tài)觸發(fā)器。選擇電路自數(shù)據(jù)信號與測試信號中選擇輸入信號。充放電電路根據(jù)輸入信號、時(shí)脈信號及調(diào)整信號為中間節(jié)點(diǎn)充電/放電。第一儲存電路儲存中間節(jié)點(diǎn)的電位。調(diào)整電路根據(jù)時(shí)脈信號及中間節(jié)點(diǎn)的電位產(chǎn)生調(diào)整信號。輸出電路根據(jù)時(shí)脈信號及中間節(jié)點(diǎn)的電位調(diào)整輸出節(jié)點(diǎn)的電位。第二儲存電路儲存輸出節(jié)點(diǎn)的電位。重置電路系用以重置或設(shè)定輸出節(jié)點(diǎn)的電位。開關(guān)連接于調(diào)整電路與充放電電路間，并且在正常運(yùn)作模式中為導(dǎo)通。
【專利說明】半動態(tài)觸發(fā)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及邏輯電路，尤其是涉及半動態(tài)觸發(fā)器的改良技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 半動態(tài)觸發(fā)器（semi-dynamic flip-flop)是一種被普遍應(yīng)用在數(shù)字邏輯電路中 的元件，其前端電路為動態(tài)，而后端電路為靜態(tài)。圖1繪示一種以互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體（CMOS) 實(shí)現(xiàn)的典型半動態(tài)觸發(fā)器電路。此觸發(fā)器100中主要包含放電電路111、預(yù)充電電路112、 調(diào)整電路113、第一儲存電路114、輸出電路115及第二儲存電路116。觸發(fā)器100的作用在 于根據(jù)時(shí)脈信號CK對輸入信號D進(jìn)行取樣，其取樣結(jié)果為信號Q和QB。以下簡略說明觸發(fā) 器100的運(yùn)作方式。
[0003] 當(dāng)時(shí)脈信號CK的降緣出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器100進(jìn)入預(yù)充電階段。透過預(yù)充電電路112 中的晶體管P1，供電端VDD會對節(jié)點(diǎn)X充電，使其電壓被拉升至高電位。第一儲存電路114 會儲存節(jié)點(diǎn)X的高電位。輸出電路115中的晶體管P2、N5都被關(guān)閉，等效于截?cái)嘀虚g節(jié)點(diǎn)X 與輸出節(jié)點(diǎn)Q間的連結(jié)，令第二儲存電路116繼續(xù)儲存取樣結(jié)果QB的先前狀態(tài)。在時(shí)脈信 號CK轉(zhuǎn)為低電位后，調(diào)整電路113中的延遲后時(shí)脈信號CKD隨后也會具有低電位，因此使 得調(diào)整電路113的輸出節(jié)點(diǎn)Y必然具有高電位，進(jìn)而令放電電路111中的晶體管N3導(dǎo)通。 不過由于晶體管N1被時(shí)脈信號CK關(guān)閉，無論輸入信號D為何，都不會影響節(jié)點(diǎn)X的電位。
[0004] 當(dāng)時(shí)脈信號CK的升緣出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器100進(jìn)入評估階段（亦即對輸入信號D進(jìn)行 取樣的階段）。此時(shí)若輸入信號D具有低電位，節(jié)點(diǎn)X的電位仍舊不會受到影響，繼續(xù)保持 在高電位。若先前節(jié)點(diǎn)Q具有低電位，則晶體管N5的導(dǎo)通不會對取樣結(jié)果QB造成影響。相 對地，若先前節(jié)點(diǎn)Q具有高電位，則晶體管N5的導(dǎo)通會將節(jié)點(diǎn)Q的電壓拉低至低電位，進(jìn)而 將取樣結(jié)果QB改變?yōu)榫哂懈唠娢?。時(shí)脈信號CK的升緣出現(xiàn)后再經(jīng)過調(diào)整電路113中的三 個(gè)邏輯門貢獻(xiàn)的延遲時(shí)間，節(jié)點(diǎn)Y會轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂械碗娢?，使得晶體管N3被關(guān)閉。關(guān)閉晶體 管N3可防止輸入信號D隨后由低電位轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娢粫r(shí)，放電電路111將節(jié)點(diǎn)X放電。這種 設(shè)計(jì)令觸發(fā)器100據(jù)有邊緣觸發(fā)（edge-triggered)的特性。
[0005] 觸發(fā)器100進(jìn)入評估階段時(shí)，若輸入信號D具有高電位，放電電路111會將節(jié)點(diǎn)X 放電至低電位。第一儲存電路114隨后會儲存節(jié)點(diǎn)X的低電位。電位降低后的節(jié)點(diǎn)X會令 輸出電路115中的晶體管P2導(dǎo)通，因而使節(jié)點(diǎn)Y具有高電位，進(jìn)而使取樣結(jié)果QB具有低電 位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出一種新的半動態(tài)觸發(fā)器架構(gòu)，加入重置功能及測試功能。借由適當(dāng)?shù)?配置電路中的邏輯元件，根據(jù)本發(fā)明的半動態(tài)觸發(fā)器不會因加入新的功能而導(dǎo)致半動態(tài)觸 發(fā)器的最高運(yùn)作速度下降。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例為一種半動態(tài)觸發(fā)器，其中包含一選擇電路、一充放 電電路、一第一儲存電路、一調(diào)整電路、一輸出電路、一第二儲存電路、一重置電路及一開 關(guān)。該選擇電路用以根據(jù)一選擇信號自一數(shù)據(jù)信號與一測試信號中選擇一輸入信號。該充 放電電路連接一中間節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)該輸入信號、一時(shí)脈信號及一調(diào)整信號為該中間節(jié)點(diǎn)充 電或放電。該第一儲存電路連接該中間節(jié)點(diǎn)，并用以儲存該中間節(jié)點(diǎn)的電位。該調(diào)整電路 連接于該中間節(jié)點(diǎn)與該充放電電路間，并用以根據(jù)該時(shí)脈信號及該中間節(jié)點(diǎn)的電位產(chǎn)生該 調(diào)整信號。該輸出電路連接于該中間節(jié)點(diǎn)與一輸出節(jié)點(diǎn)間，并用以根據(jù)該時(shí)脈信號及該中 間節(jié)點(diǎn)的電位調(diào)整該輸出節(jié)點(diǎn)的電位。該第二儲存電路連接該輸出節(jié)點(diǎn)，并用以儲存該輸 出節(jié)點(diǎn)的電位。該重置電路用以重置或設(shè)定該輸出節(jié)點(diǎn)的電位。該開關(guān)連接于該調(diào)整電路 與該充放電電路間。當(dāng)該重置電路重置或設(shè)定該輸出節(jié)點(diǎn)的電位，該開關(guān)被設(shè)定為截?cái)嘣?調(diào)整電路與該充放電電路間的連結(jié)。當(dāng)該半動態(tài)觸發(fā)器處于一正常運(yùn)作模式，該開關(guān)被設(shè) 定為導(dǎo)通。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實(shí)施方式作詳細(xì)說明，其中：
[0009] 圖1繪示一以互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)的典型半動態(tài)觸發(fā)器電路。
[0010] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中的半動態(tài)觸發(fā)器的電路圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明的一實(shí)施例中的控制電路的信號相對關(guān)系。
[0012] 圖中元件標(biāo)號說明：
[0013] 100、200 :半動態(tài)觸發(fā)器 111、211 :放電電路
[0014] 112、212 :預(yù)充電電路 113、213 :調(diào)整電路
[0015] 114、214 :第一儲存電路 115、215:輸出電路
[0016] 116、216 :第二儲存電路 N1?N7、P1?P6 :晶體管
[0017] 217:選擇電路 218 :開關(guān)
[0018] 219:控制電路

【具體實(shí)施方式】
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例為一半動態(tài)觸發(fā)器，其電路架構(gòu)如圖2所示。半動態(tài)觸發(fā) 器200包含一充放電電路（包含放電電路211和預(yù)充電電路212)、一調(diào)整電路213、一第一 儲存電路214、一輸出電路215、一第二儲存電路216、一選擇電路217、一重置電路（包含晶 體管N6、N7、P3?P6)、一開關(guān)218以及一控制電路219。于圖2中，開關(guān)218系以傳輸門表 示，也就是由一個(gè)NM0S晶體管和一個(gè)PM0S晶體管組合而成的邏輯門，但開關(guān)218的實(shí)施方 式不以此為限?？刂齐娐?19由兩個(gè)反相器以及一 NAND邏輯門組成。于實(shí)際應(yīng)用中，半動 態(tài)觸發(fā)器200可被整合在集成電路中與其他電路協(xié)同運(yùn)作，亦可獨(dú)立存在。
[0020] 第一儲存電路214系用以協(xié)助儲存中間節(jié)點(diǎn)X的電位。第二儲存電路216系用以 協(xié)助儲存輸出節(jié)點(diǎn)Q、QB的電位。在這個(gè)實(shí)施例中，第一儲存電路214和第二儲存電路216 各自由兩個(gè)反相器組成，但實(shí)務(wù)上不以此為限。
[0021] 半動態(tài)觸發(fā)器200的作用在于根據(jù)時(shí)脈信號CK對輸入信號D進(jìn)行取樣，其取樣結(jié) 果輸出為信號Q和QB。設(shè)定信號SN系用以將取樣結(jié)果QB強(qiáng)制設(shè)定為具有高電位。重置信 號RN系用以將取樣結(jié)果QB強(qiáng)制設(shè)定為具有低電位。在選擇電路217中，互為反相信號的 選擇信號SE與SEB系用以自數(shù)據(jù)信號D和測試信號SI中選擇一個(gè)信號，做為實(shí)際提供至 半動態(tài)觸發(fā)器200的輸入信號。測試者可選擇以測試信號SI取代數(shù)據(jù)信號D，以排除數(shù)據(jù) 信號D的影響，獨(dú)立測試半動態(tài)觸發(fā)器200是否能正常運(yùn)作。以下說明半動態(tài)觸發(fā)器200 的運(yùn)作方式。
[0022] 于此實(shí)施例中，當(dāng)設(shè)定信號SN和重置信號RN皆具有高電位，控制電路219產(chǎn)生的 致能信號SR_EN會具有低電位。在這個(gè)情況下，傳輸門218會導(dǎo)通，連結(jié)節(jié)點(diǎn)Y和調(diào)整電路 213。此外，因?yàn)橹履苄盘朣R_EN和重置信號R(為重置信號RN的反相信號）處于低電位， 所以重置電路中的晶體管N6、N7、P4?P6皆被關(guān)閉，而晶體管P3為導(dǎo)通。本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可理解，此情況下的半動態(tài)觸發(fā)器200等效于圖1呈現(xiàn)的半動態(tài)觸發(fā) 器100,其運(yùn)作方式不再贅述。
[0023] 控制電路219的輸入信號為設(shè)定信號SN和重置信號RN，而輸出信號為重置信號 R、致能信號SR_EN及其反相信號SR_ENB。這幾個(gè)信號的相對關(guān)系如圖3所示。由圖2可看 出，基于控制電路219中的邏輯門特性，當(dāng)控制電路219的設(shè)定信號SN具有低電位或是重 置信號RN具有低電位時(shí)，控制電路219產(chǎn)生的致能信號SR_EN皆為具有高電位。當(dāng)致能信 號SR_EN具有高電位，傳輸門218不會導(dǎo)通，且重置電路中的晶體管N6必為導(dǎo)通、晶體管P3 必為關(guān)閉。也就是說，當(dāng)設(shè)定信號SN和重置信號RN中的任一個(gè)信號具有低電位，節(jié)點(diǎn)Y便 會被放電至低電位，且放電電路211和預(yù)充電電路212皆不再對取樣信號Q/QB造成影響。
[0024] 須說明的是，此實(shí)施例中的設(shè)定信號SN與重置信號RN不會被同時(shí)設(shè)定為具有低 電位。
[0025] 當(dāng)控制電路219的設(shè)定信號SN具有低電位而重置信號RN具有高電位，重置電路 中連接電壓源VDD的晶體管P4、P5為導(dǎo)通，而晶體管N7為關(guān)閉，使得連接于晶體管N7源極 的中間節(jié)點(diǎn)X保持高電位。晶體管P6亦導(dǎo)通，所以取樣信號QB亦具有高電位。由于晶體 管P2被關(guān)閉，且晶體管Μ被導(dǎo)通，因此，當(dāng)時(shí)脈信號CK具高電位，取樣信號Q的節(jié)點(diǎn)被拉 至低電位；當(dāng)時(shí)脈信號CK具低電位，取樣信號Q的節(jié)點(diǎn)因?yàn)槲挥谳敵鰹楦唠娢籕B的反相器 的另一端，因此取樣信號Q亦維持于低電位。也就是說，無論時(shí)脈信號CK具有高電位或低 電位，輸出電路215皆不可能將取樣信號Q拉升為高電位。易言之，取樣信號Q被強(qiáng)制設(shè)定 為具有低電位，而取樣信號QB被強(qiáng)制設(shè)定為具有高電位。
[0026] 當(dāng)設(shè)定信號SN具有高電位而重置信號RN具有低電位,重置電路中的晶體管Ρ4、 Ρ5、Ρ6為關(guān)閉，晶體管Ν7為導(dǎo)通，因而使得中間節(jié)點(diǎn)X被設(shè)定為具有低電位，進(jìn)而令晶體管 Ρ2導(dǎo)通。在這個(gè)情況下，取樣信號Q被強(qiáng)制設(shè)定為具有高電位，而取樣信號QB被強(qiáng)制設(shè)定 為具有低電位。
[0027] 由圖2可看出，調(diào)整電路213根據(jù)時(shí)脈信號CK與中間節(jié)點(diǎn)X的電位產(chǎn)生的調(diào)整信 號用以控制晶體管Ν3。傳輸門218的主要作用在于選擇性地排除中間節(jié)點(diǎn)X與時(shí)脈信號 CK對節(jié)點(diǎn)Υ的影響，使節(jié)點(diǎn)Υ的電位僅受晶體管Ν6的控制，進(jìn)而避免放電電路211在半動 態(tài)觸發(fā)器200被重置或設(shè)定時(shí)影響中間節(jié)點(diǎn)X的電位。
[0028] 如先前所述，半動態(tài)觸發(fā)器200進(jìn)入評估階段時(shí)，若輸入信號D具有高電位，放電 電路211會將中間節(jié)點(diǎn)X放電至低電位。值得注意的是，當(dāng)傳輸門218為導(dǎo)通時(shí)，在時(shí)脈信 號CK經(jīng)由調(diào)整電路213傳遞至節(jié)點(diǎn)Υ的路徑中，傳輸門218亦貢獻(xiàn)了一段延遲時(shí)間。此一 延遲時(shí)間的增加（相較于圖1中的電路）可延后晶體管Ν3被關(guān)閉的時(shí)間，等效于在放電電 路211停止為中間節(jié)點(diǎn)X放電前，延長容許信號D"達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。因此，雖然選擇電路 217會導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號D或測試信號SI進(jìn)入放電電路211的時(shí)間被延遲（亦即縮減了容許信 號D"達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間），但傳輸門218的存在能相對應(yīng)地平衡這個(gè)問題，因而在加入重置功 能及測試功能后可能令半動態(tài)觸發(fā)器200的最高運(yùn)作速度下降的問題。
[0029] 須說明的是，實(shí)務(wù)上，控制電路219產(chǎn)生的信號亦可由外部電路提供。易言之，控 制電路219并非半動態(tài)觸發(fā)器200中的必要元件。此外，本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù) 人員可理解，各個(gè)電路區(qū)塊的詳細(xì)實(shí)施方式不以圖2所繪示者為限。舉例而言，在不改變半 動態(tài)觸發(fā)器200的邏輯運(yùn)作的情況下，放電電路211、預(yù)充電電路212、輸出電路215都可能 包含更多的晶體管?；蛘撸{(diào)整電路213中的邏輯門可被其他具有相同運(yùn)作邏輯的元件取 代。
[0030] 如上所述，本發(fā)明提出一種新的半動態(tài)觸發(fā)器架構(gòu)，加入重置功能及測試功能。借 由適當(dāng)?shù)嘏渲秒娐分械倪壿嬙?，根?jù)本發(fā)明的半動態(tài)觸發(fā)器不會因加入新的功能而導(dǎo)致 半動態(tài)觸發(fā)器的最高運(yùn)作速度下降。
[0031] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范 圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種半動態(tài)觸發(fā)器，包含： 一選擇電路，用以根據(jù)一選擇信號自一數(shù)據(jù)信號與一測試信號中選擇一輸入信號； 一充放電電路，連接一中間節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)該輸入信號、一時(shí)脈信號及一調(diào)整信號為該中 間節(jié)點(diǎn)充電或放電； 一第一儲存電路，連接該中間節(jié)點(diǎn)，用以儲存該中間節(jié)點(diǎn)的電位； 一調(diào)整電路，連接于該中間節(jié)點(diǎn)與該充放電電路間，用以根據(jù)該時(shí)脈信號及該中間節(jié) 點(diǎn)的電位產(chǎn)生該調(diào)整信號； 一輸出電路，連接于該中間節(jié)點(diǎn)與一輸出節(jié)點(diǎn)間，用以根據(jù)該時(shí)脈信號及該中間節(jié)點(diǎn) 的電位調(diào)整該輸出節(jié)點(diǎn)的電位； 一第二儲存電路，連接該輸出節(jié)點(diǎn)，用以儲存該輸出節(jié)點(diǎn)的電位； 一重置電路，用以重置或設(shè)定該輸出節(jié)點(diǎn)的電位；以及 一開關(guān)，連接于該調(diào)整電路與該充放電電路間，當(dāng)該重置電路重置或設(shè)定該輸出節(jié)點(diǎn) 的電位，該開關(guān)被設(shè)定為截?cái)嘣撜{(diào)整電路與該充放電電路間的連結(jié)，當(dāng)該半動態(tài)觸發(fā)器處 于一正常運(yùn)作模式，該開關(guān)被設(shè)定為導(dǎo)通。
2. 如權(quán)利要求1所述的半動態(tài)觸發(fā)器，其特征在于，該開關(guān)為一傳輸門。
【文檔編號】H03K3/356GK104124946SQ201310144046
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月24日
【發(fā)明者】謝文斌 申請人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司