[發明專利]SOI時鐘雙邊沿靜態D觸發器

無效

• 申請號: 201110050897.5
• 申請日: 2011-03-03
• 公開（公告）號: CN102082561A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 賈嵩;宛星;杜剛;王源;張鋼剛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H03K3/012
• 分類號: H03K3/012
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及一種D觸發器，尤其涉及一種SOI時鐘雙邊沿靜態D觸發器。

背景技術

在當今的超大規模集成電路設計領域，減小功耗是最重要的議題之一。觸發器是數字超大規模集成電路系統中最常用的元件之一。在數字系統中，觸發器消耗了系統功耗的相當大的部分，大約30％到70％的系統功耗被用于驅動時鐘網絡和觸發器。因此減小觸發器消耗的功耗對于芯片整體功耗的減小起著至關重要的作用。

根據觸發器的工作狀態是靜態的或是動態的，可以將觸發器分為兩類：靜態觸發器和動態觸發器。動態觸發器主要是通過存儲節點電容來存儲電荷以達到存儲單元信息的目的，當晶體管處于“關狀態”(即時鐘停止)時，存儲在節點電容上的電荷會發生泄漏，因此可能會導致邏輯電平發生錯誤。相對于動態觸發器，靜態觸發器即便在時鐘停止的時候仍然能維持自己的存儲狀態，節省功耗。所以，雖然在減小動態觸發器功耗方面已經有了很多進展，很多減小動態觸發器功耗的方案確實有效地減小了觸發器的功耗，但是仍然有必要也有需要更多地進行低功耗靜態觸發器設計的討論，以期更有效更快地實現功耗的降低這一目標。

在各種觸發器中，D觸發器是最普遍使用的元件。D觸發器可以分為單邊沿觸發(在時鐘的上升沿或者下降沿觸發)和雙邊沿觸發(在時鐘的上升沿和下降沿都可以存儲數據)。相對于單邊沿的D觸發器，雙邊沿D觸發器可以將數據處理的速率提高一倍，或者在保持數據處理速度不變的情況下將時鐘頻率減半，因此具有加快數據處理的速度或者減小功耗的優點。

下面介紹現有的現有的靜態單邊沿D觸發器。

如圖1所示，傳統的靜態單邊沿D觸發器是由兩個主從D鎖存器組成的主從D觸發器，共由16個晶體管構成(其中反相器INV1～INV6都是由兩個晶體管構成的)。當時鐘停止(即時鐘接地)時，電路仍然能夠維持住電路輸出端Q和QB的邏輯電平，電路顯示出了靜態觸發器的特性。圖1中CLK表示時鐘信號，CLKB表示CLK信號的反信號，即時鐘的非，TN1～TN3表示N型MOS管，TP1表示P型MOS管。

如圖2所示的電路是一種偽靜態C²MOS觸發器。電路顯示出了靜態的特性，當時鐘停止的時候(即時鐘接地)時，輸出節點可以維持自己的邏輯電平。但是整個電路由20個晶體管構成，相比于前一設計，這一設計會給電路帶來額外的功耗增加。所以圖3的電路針對這一缺點進行了改善，將C²MOS鎖存器換成了兩個CMOS傳輸門(TG1和TG2)，這樣就能夠克服圖2所示電路的缺點，可以改善電路的性能，降低功耗。所述CMOS傳輸門結構是一個NMOS和一個PMOS管并聯所組成的結構，因此其也包括兩個晶體管。

雖然圖3的電路相比圖1、2的兩個電路結構在功耗上有很大的改善，但是從晶體管數量(16)上來講，并沒有很有效的面積改善。

圖4所示的靜態D觸發器可以在功耗和面積上同時改善電路的性能。該電路最主要的優點就是整個電路只由10個晶體管構成，減小了芯片的面積，同時能夠帶來功耗的降低。主鎖存器部分由TN1和反相器INV1組成，從鎖存器部分由TN2和一個弱反饋環路(INV2、INV3和TG)構成，反饋環路包含了兩個反相器INV2和INV3以及一個CMOS傳輸門。該電路反映出了靜態觸發器的特性，即使時鐘停止，電路輸出節點Q和QB也能夠維持自己的邏輯電平。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何進一步提高D觸發器的功耗和處理速度。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種SOI時鐘雙邊沿靜態D觸發器，包括：上通道和下通道兩條數據通道，所述上通道包括N型MOS管TN1、TN2，反相器INV1、INV2、INV3以及CMOS傳輸門TG1；所述下通道包括N型MOS管TN3、TN4，反相器INV2、INV3、INV4以及CMOS傳輸門TG2；

TN1、INV1、TN2、INV2、INV3依次連接，且TN1的第一端連接INV1的輸入端，INV1的輸出端連接TN2的第一端，TN2的第二端連接INV2的輸入端，INV2的輸出端連接INV3的輸入端；TN3、INV4、TN4依次連接，且TN3的第一端連接INV4的輸入端，INV4的輸出端連接TN4的第一端，TN4的第二端連接INV2的輸入端；TG1與TG2并聯，且連接于INV2的輸入端與INV3的輸出端之間；TN1的第二端與TN3的第二端連接，連接點作為所述D觸發器得到輸入端。