-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein logisches Allzweckmodul und eine
Zelle mit einem solchen Modul. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine Grundschaltungskonfiguration des logischen Allzweckmoduls
und eine Struktur der Zelle.
-
2. BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
-
Herkömmlicherweise
sind ein logisches Allzweckmodul, das in einer typischen feldprogrammierbaren
Gatteranordnung (FPGA) verwendet wird, und eine Masken-programmierbare Gatteranordnung mit
einer Funktionsblockbasis wohl bekannt. Dieses logische Allzweckmodul
ist so ausgebildet, dass ein Konstrukteur eine aus einer Vielzahl
logischer Funktionen auswählen
kann.
-
Als
logisches Allzweckmodul, das mit einem Multiplexer ausgestattet
ist, in dem eine Vielzahl von Kombinationen logischer Funktionen
ausgewählt werden
können,
offenbart beispielsweise die offengelegte japanische Patent-Auslegeschrift
(JP-A-Heisei, 7-106949),
entsprechend US-Patentschrift Nr. 5055718 mit dem Titel „LOGIC
MODULE WITH CONFIGURABLE COMBINATION AND SEQUENTIAL BLOCKS" ein „logisches
Allzweck-Kombinationsmodul".
Das in der Schrift offenbarte logische Allzweckmodul ist, wie in 1 dargestellt,
mit einem Viereingang-Multiplexer (MUX) ausgestattet. Dieser Viereingang-Multiplexer
ist durch die Kombination von drei Multiplexern mit je zwei Eingängen ausgestaltet.
-
Eine
andere Art Viereingang-Multiplexer, ein 4:1-Multiplexer, ist in
US-Patentschrift Nr. 5955912 offenbart.
-
Diese
Schrift klärt
nicht die Konfiguration des Multiplexers mit zwei Eingängen. Typischerweise
besteht ein Zweieingang-Multiplexer mit nicht invertiertem Ausgang
aus Invertern einer ersten Stufe, Transfergattern einer zweiten
Stufe und einem Inverter einer dritten Stufe, wie in 2 dargestellt.
Somit wird das eingegebene Signal durch die logischen Elemente der
drei Stufen weitergegeben, bis das Signal ausgegeben wird. Wenn
der Viereingang-Multiplexer, der in 1 dargestellt
ist, durch Verwenden des Zweieingang-Multiplexers gebildet wird,
der eine solche Konfiguration aufweist, wird das eingegebene Signal durch
die logischen Elemente von sechs Stufen geleitet, bis das Signal
ausgegeben wird.
-
Es
ist zu beachten, dass, wenn es sich beim Zweieingang-Multiplexer
um einen Multiplexer mit invertiertem Ausgang handelt, der Inverter
der dritten Stufe entfernt ist. Wenn dieser Zweieingang-Multiplexer
mit invertiertem Ausgang verwendet wird, um den Viereingang-Multiplexer,
der in 1 dargestellt ist, zu konfigurieren, wird somit
das eingegebene Signal durch die logischen Elemente von vier Stufen
geleitet, bis das Signal ausgegeben wird.
-
Darüber hinaus
kann der Viereingang-Multiplexer durch Verwenden von Invertern und
Transfergattern gebildet werden, wie in 3 dargestellt, ohne
dass der Zweieingang-Multiplexer
verwendet wird, der in 2 dargestellt ist. Im Falle
des Viereingang-Multiplexers,
der in 3 dargestellt ist, wird das eingegebene Signal
durch die logischen Elemente von vier Stufen weitergeleitet, bis
das Signal ausgegeben wird.
-
Ein
weiteres logisches Allzweckmodul wird außerdem im US-Patent Nr. 5684412 „CELL FORMING
PART OF A CUSTOMIZABLE ARRAY" offenbart.
Dieses logische Allzweckmodul besteht aus einem NAND-Gatter, zwei
Zweieingang-Multiplexern A, A und einem Zweieingang-Multiplexer
GROSS, wie in 4A dargestellt. Der Zweieingang-Multiplexer
A ist aus Invertern einer ersten Stufe und Transfergattern einer
zweiten Stufe aufgebaut, wie in 4B dargestellt.
Der Zweieingang-Multiplexer GROSS ist aus Transfergattern eines
ersten Gatters und einem Inverter einer zweiten Stufe aufgebaut, wie
in 4C dargestellt. Somit wird das Signal, das in
das logische Allzweckmodul eingegeben wird, das in 4A dargestellt
ist, ausgegeben, nachdem es durch die logischen Elemente geleitet
wurde, die aus maximal vier Stufen aufgebaut sind.
-
Zusätzlich zu
den zuvor erwähnten
logischen Allzweckmodulen ist in US-Patentschrift Nr. 4910 417,
US-Patent Nr. 6014 038 und Ähnlichen
ein logisches Allzweckmodul offenbart, das mit einem Multiplexer
ausgestattet ist, in dem eine Vielzahl von Kombinationen logischer
Funktionen ausgewählt
werden können.
-
Die
offengelegte japanische Patentanmeldung (JP-A-Heisei, 10-223902)
offenbart einen „Semiconductor
Integrated Circuit Apparatus".
Dieser integrierte Halbleiterschaltkreis ist ausgestattet mit: einem
ersten Bereich und einem zweiten Bereich, die auf einem SOI-Substrat
ausgebildet und parallel zueinander und unabhängig voneinander angeordnet sind;
einem ersten MOS-Transistor eines ersten Kanaltyps und einem zweiten
MOS-Transistor eines zweiten
Kanaltyps, in dem sie in dem ersten Bereich ausgebildet sind, wobei
die Bereiche ihrer Source-Diffusionsschicht und Drain-Diffusionschicht
miteinander durch eine erste Diffusionsschicht-Verdrahtung verbunden
sind; und einem dritten MOS-Transistor des ersten Kanaltyps, in
dem er auf dem zweiten Bereich ausgebildet ist, wobei seine Source-Diffusionsschicht
mit einer Source-Diffusionsschicht des zweiten MOS-Transistors verbunden
ist oder seine Diffusionsschicht mit einer Drain-Diffusionsschicht des zweiten MOS-Transistors
durch eine zweite Diffusionsschicht-Verdrahtung verbunden ist.
-
Aufgrund
der zuvor erwähnten
Konfiguration ist es möglich,
solche herkömmlichen
Probleme, wie dass ein PN-Element-Trennbereich zum Anordnen des
sperrigen CMOS-Transistors
erforderlich ist, dass die Verbindung mit einer metallischen Verdrahtung
zwischen den Drain-Diffusionsschichten eines N-Kanal-MOS-Transistors
und eines P-Kanal-MOS-Transistors erforderlich ist und dass ein Verdrahtungsbereich
innerhalb eines Blocks erhöht ist,
zu lösen.
-
Jedes
der zuvor erwähnten
logischen Allzweckmodule ist mit einem Multiplexer ausgestattet, der
aus der Vielzahl von Eingängen
und der Vielzahl von Stufen aufgebaut ist, in denen die Vielzahl
von Zweieingang-Multiplexern in Reihe an die Vielzahl von Stufen
angeschlossen ist. Der gewünschte
logische Schaltkreis wird aufgebaut, indem sein Eingangsanschluss
auf einen logischen Wert „1" (beispielsweise
ein Stromversorgungs- Potenzial)
oder einen logischen Wert „0" (beispielsweise
ein Erd-Potenzial) gesetzt wird.
-
Die
zuvor erwähnten
herkömmlichen
logischen Allzweckmodule sind jedoch so ausgebildet, dass die Zweieingang-Multiplexer
in Reihe an die Vielzahl von Stufen angeschlossen sind. Somit wird die
Anzahl der Stufen der logischen Elemente groß, durch die das Signal weitergegeben
wird. Darüber
hinaus sind die Transfergatter in Reihe in der Vielzahl von Stufen
eingefügt.
Aus diesem Grund weisen die herkömmlichen
logischen Allzweckmodule den Mangel auf, dass die Schaltgeschwindigkeit
im Vergleich zu einer Konfiguration eines Schaltkreises, wie eines auf
Gate-Array-Zellen aufgebauten integrierten Schaltkreises oder Ähnlichem,
der mit einer einfachen logischen Schaltung ausgestattet sein kann, gering
ist.
-
Der
Unterschied ist äußerst groß, wenn
ein Vergleich zwischen der Funktion eines Zweieingang-NAND, eines
Zweieingang-NOR, eines Zweieingang-EXOR, eines Zweieingang-EXNOR
und Ähnlichen,
die unter Verwendung des logischen Allzweckmoduls aufgebaut sind,
das in 1 oder 4A dargestellt
ist, und der Funktion derjenigen angestellt wird, die unter Verwendung
des auf Gate-Array-Zellen aufgebauten integrierten Schaltkreises
oder Ähnlichem
aufgebaut sind. Insbesondere für
den Fall einer Konfiguration mit einem gewöhnlichen ASIC ist der Unterschied
einer inneren Gatterverzögerung
offensichtlich, die in dem Zweieingang-NAND, dem Zweieingang-NOR und Ähnlichem auftritt,
der durch eine Stufenlogik aufgebaut sein kann.
-
Diese
Probleme ergeben sich wegen einer großen Anzahl logischer Elementenstufen,
da die Schaltkreiskonfiguration unter Verwendung der Multiplexer,
die aus der Vielzahl von Eingängen
und der Vielzahl von Stufen aufgebaut sind, eingesetzt werden, wie
der Reihenanschluss der Vielzahl von Zweieingang-Multiplexern, und
wegen der Konfiguration des logischen Schaltkreises, in dem die
Vielzahl von Transfergattern in Reihe eingesetzt sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor erwähnten Probleme zu beseitigen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein logisches
Allzweckmodul, in dem bei hoher Geschwindigkeit ein Umschalten ausgeführt werden kann,
und eine Zelle mit einem solchen Modul bereitzustellen.
-
Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe zu erfüllen, ist
ein logisches Allzweckmodul gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aufgebaut aus: einem
ersten Inverter, in dem ein Eingang mit einem ersten Knoten verbunden
ist, wobei ein zweiter Knoten mit einem Ausgang des ersten Inverters
verbunden ist; einem zweiten Inverter, in dem ein Eingang mit einem
dritten Knoten verbunden ist; einem sechsten Knoten, der mit einem
Ausgang des zweiten Inverters verbunden ist; wobei der zweite und sechste
Knoten Ausgänge
zum Verbinden an andere Module bereitstellen; einem dritten Inverter,
in dem ein Eingang mit einem vierten Knoten verbunden ist; einem
ersten Transfergatter, in dem ein Eingang mit dem Ausgang des ersten
Inverters verbunden ist, wobei ein erster Steuereingang mit dem
vierten Knoten verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit einem
Ausgang des dritten Inverters verbunden ist; einem zweiten Transfergatter,
in dem ein Eingang mit dem Ausgang des zweiten Inverters verbunden
ist, wobei ein erster Steuereingang mit dem Ausgang des dritten
Inverters verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit dem vierten
Knoten verbunden ist; und einem fünften Knoten, der mit einem
Ausgang des ersten Transfergatters und einem Ausgang des zweiten
Transfergatters verbunden ist.
-
Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe zu erfüllen, ist
eine Zelle gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aus einem ersten
logischen Allzweckmodul gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, einem zweiten logischen
Allzweckmodul und einem dritten logischen Allzweckmodul aufgebaut.
Das zweite logische Allzweckmodul umfasst einen vierten Inverter,
in dem ein Eingang mit einem siebten Knoten und ein Ausgang mit
einem achten Knoten verbunden ist. Das dritte logische Allzweckmodul
umfasst: einen fünften Inverter,
in dem ein Eingang mit einem elften Knoten verbunden ist; ein drittes
Transfergatter, in dem ein Eingang mit einem neunten Knoten verbunden
ist, ein erster Steuereingang in den elften Knoten eingegeben wird
und ein zweiter Steuereingang mit einem Ausgang des fünften Inverters
verbunden ist; ein viertes Transfergatter, in dem ein Eingang mit
einem zehnten Knoten verbunden ist, ein erster Steuereingang mit
einem Ausgang des fünften
Inverters verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit dem elften
Knoten verbunden ist; einen sechsten Inverter, in dem ein Eingang
mit einem Ausgang des dritten Transfergatters und einem Ausgang
des vierten Transfergatters verbunden ist; und einen zwölften Knoten,
der mit einem Ausgang des sechsten Inverters verbunden ist.
-
Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe zu erfüllen, ist
ein logisches Allzweckmodul gemäß einem
dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aufgebaut aus:
einem ersten Inverter, in dem ein Eingang mit einem ersten Knoten
verbunden ist; einem zweiten Inverter, in dem ein Eingang mit einem
dritten Knoten verbunden ist; einem sechsten Knoten, der mit einem Ausgang
des zweiten Inverters verbunden ist; einem dritten Inverter, in
dem ein Eingang mit einem vierten Knoten verbunden ist; einem ersten
Transfergatter, in dem ein Eingang mit einem Ausgang des ersten
Inverters verbunden ist, ein erster Steuereingang mit dem vierten
Knoten verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit einem Ausgang
des dritten Inverters verbunden ist; einem zweiten Transfergatter,
in dem ein Eingang mit einem Ausgang des zweiten Inverters verbunden
ist, ein erster Steuereingang mit einem Ausgang des dritten Inverters
verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit dem vierten Knoten
verbunden ist; und einem fünften
Knoten, der mit einem Ausgang des ersten Transfergatters und einem
Ausgang des zweiten Transfergatters verbunden ist.
-
Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe zu erfüllen, ist
eine Zelle gemäß einem
vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aus einem ersten
logischen Allzweckmodul gemäß dem dritten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, einem zweiten logischen Allzweckmodul
und einem dritten logischen Allzweckmodul aufgebaut. Das zweite
logische Allzweckmodul umfasst einen vierten Inverter, in dem ein
Eingang mit einem siebten Knoten und ein Ausgang mit einem achten
Knoten verbunden ist. Das dritte logische Allzweckmodul umfasst:
einen fünften Inverter,
in dem ein Eingang mit einem elften Knoten verbunden ist; ein drittes
Transfergatter, in dem ein Eingang mit einem neunten Knoten verbunden
ist, ein erster Steuereingang in einen elften Knoten eingegeben
wird und ein zweiter Steuereingang mit einem Ausgang des fünften Inverters
verbunden ist; ein viertes Transfergatter, in dem ein Eingang mit
einem zehnten Knoten verbunden ist, ein erster Steuereingang mit
einem Ausgang des fünften
Inverters verbunden ist und ein zweiter Steuereingang mit dem elften
Knoten verbunden ist; einen sechsten Inverter, in dem ein Eingang
mit einem Ausgang des dritten Transfergatters und einem Ausgang
des vierten Transfergatters verbunden ist; und einen zwölften Knoten,
der mit einem Ausgang des sechsten Inverters verbunden ist.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Ansicht, die ein herkömmliches
logisches Allzweckmodul zeigt;
-
2 ist
ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines Multiplexers zeigt,
der in 1 verwendet wird;
-
3 ist
ein Schaltbild, das eine weitere Konfiguration des logischen Allzweckmoduls
zeigt, das in 1 gezeigt ist;
-
4A bis 4C sind
Ansichten, die ein weiteres herkömmliches
logisches Allzweckmodul beschreiben;
-
5 ist
ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines logischen Allzweckmoduls
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 ist
ein Schaltbild, dass eine Abwandlung des logischen Allzweckmoduls
zeigt, das in 5 gezeigt ist;
-
7 ist
ein Schaltbild, das eine weitere Abwandlung des logischen Allzweckmoduls
zeigt, das in 5 gezeigt ist;
-
8 ist
ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines zweiten logischen Allzweckmoduls
zeigt, das in einer Zelle gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
9 ist
ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines dritten logischen Allzweckmoduls
zeigt, das in einer Zelle gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
10 ist
ein Schaltbild, das eine Konfiguration der Zelle gemäß der zweiten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
11 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein NAND-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist;
-
12 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein NOR-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist;
-
13 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein EXNOR-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist;
-
14 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein EXOR-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist;
-
15 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein Datenregister-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist;
-
16 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein Flipflop-Schaltkreis
unter Verwendung der Zelle, die in 10 gezeigt
ist, aufgebaut ist; und
-
17 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Abwandlung der Zelle
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Nachfolgend
werden nun die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist so ausgestaltet, dass ein logisches Allzweckmodul
durch Verwendung eines Transfergatters und eines Inverters, die
in Reihe geschaltet sind eine Multiplexer-Funktion hat, und ein
Ausgang kann vom Inverter als Knoten verwendet werden.
-
5 ist
ein Schaltbild, das die Konfiguration des logischen Allzweckmoduls
gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Das logische Allzweckmodul
ist aus einem Zweieingang-Multiplexer mit invertiertem Ausgang aufgebaut,
in dem die erste Stufe der Inverter und die zweite Stufe das Transfergatter
ist. Das logische Allzweckmodul ist ausgestattet mit: sechs Knoten
aus einem ersten Knoten T1, einem zweiten Knoten T2, einem dritten
Knoten T3, einem vierten Knoten T4, einem fünften Knoten T5 und einem sechsten
Knoten T6; und fünf
logischen Elementen aus einem ersten Inverter 10, einem
zweiten Inverter 11, einem dritten Inverter 12,
einem ersten Transfergatter 20 und einem zweiten Transfergatter 21.
-
Jeder
erste bis dritte Inverter 10 bis 12 besitzt eine
bekannte Struktur, in der beispielsweise ein N-Kanal-MOS-Transistor
und ein P-Kanal-MOS-Transistor miteinander zwischen einer Stromversorgung
und einer Erde in Reihe geschaltet sind, und ein eingegebenes Signal
wird invertiert und ausgegeben. Jeder dieser erste bis dritte Inverter 10 bis 12 ist
in kleiner Größe ausgebildet,
um eine Eingangskapazität
herabzusetzen.
-
Jedes
erste und zweite Transfergatter 20, 21 hat die
Struktur, in der der N-Kanal-MOS-Transistor und
der P-Kanal-MOS-Transistor parallel zueinander angeordnet sind,
nämlich
die Struktur, in der ihre Sources miteinander und ihrer Drains miteinander verbun den
sind. Abhängig
von den Signalen, die an ein Gate des N-Kanal-MOS-Transistors .
und ein Gate des P-Kanal-MOS-Transistors eingespeist werden, wird
ein Signal, das an einen Eingangsanschluss des Transfergatters gespeist
wird, weitergegeben oder das Wandern des Signals wird gestoppt. Nachfolgend
wird das Gate des P-Kanal-MOS-Transistors
als erster Steuereingangsanschluss und das Gate des N-Kanal-MOS-Transistors
als zweiter Steuereingangsanschluss bezeichnet.
-
Der
erste Knoten T1 ist mit einem Eingangsanschluss des ersten Inverters 10 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des ersten Inverters 10 ist mit einem
Eingangsanschluss des ersten Transfergatters 20 und dem
zweiten Knoten T2 verbunden.
-
Der
dritte Knoten T3 ist mit einem Eingangsanschluss des zweiten Inverters 11 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des zweiten Inverters 11 ist mit einem
Eingangsanschluss des zweiten Transfergatters 21 und dem
sechsten Knoten T6 verbunden.
-
Der
vierte Knoten T4 ist mit einem Eingangsanschluss des dritten Inverters 12 verbunden,
dem ersten Steuereingangsanschluss des ersten Transfergatters 20 und
dem zweiten Steuereingangsanschluss des zweiten Transfergatters 21.
Ein Ausgangsanschluss des dritten Inverters 12 ist mit
dem zweiten Steuereingangsanschluss des ersten Transfergatters 20 und
dem ersten Steuereingangsanschluss des zweiten Transfergatters 21 verbunden.
-
Ein
Ausgangsanschluss des ersten Transfergatters 20 und ein
Ausgangsanschluss des zweiten Transfergatters 21 sind mit
dem fünften
Knoten T5 verbunden.
-
Nachfolgend
wird der Betrieb des logischen Allzweckmoduls beschrieben, das die
zuvor erwähnte
Konfiguration aufweist. Das logische Allzweckmodul funktioniert
grundsätzlich
als Multiplexer. Das heißt,
wenn ein Niederpegel (nachfolgend als "L-Pegel" bezeichnet)-Signal
in den vierten Knoten T4 eingegeben wird, werden sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor,
als auch der N-Kanal-MOS-Transistor, die das erste Transfergatter 20 bilden,
eingeschaltet und sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor als auch der
N-Kanal-MOS-Transistor, die das zweite Transfergatter 21 bilden,
werden ausgeschaltet. In der Folge wird das Signal, das von dem
ersten Knoten T1 eingegeben wird, von dem ersten Inverter 10 invertiert
und durch das erste Transfergatter 20 von dem fünften Knoten T5
ausgegeben.
-
Wenn
andererseits ein Hochpegel (nachfolgend als „H-Pegel" bezeichnet)-Signal in den vierten Knoten
T4 eingegeben wird, werden sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor, als
auch der N-Kanal-MOS-Transistor, die das erste Transfergatter 20 bilden,
ausgeschaltet und sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor als auch der
N-Kanal-MOS-Transistor, die das zweite Transfergatter 21 bilden,
werden eingeschaltet. In der Folge wird das Signal, das von dem
dritten Knoten T3 eingegeben wird, von dem zweiten Inverter 11 invertiert
und durch das erste Transfergatter 20 von dem fünften Knoten T5
ausgegeben.
-
Durch
die zuvor erwähnte
Operation wird die Funktion des Multiplexers mit invertiertem Ausgang erhalten.
Das heißt,
abhängig
von dem Pegel des Signals, das in den vierten Knoten T4 eingespeist
wird, wird jedes Signal, das in den ersten Knoten T1, und das Signal,
das in den dritten Knoten T3 eingegeben wird, invertiert und dann
von dem fünften
Knoten T5 ausgegeben.
-
Nach
Bedarf können
Abwandlungen des logischen Allzweckmoduls gebildet werden, indem
der sechste Knoten T6 vom logischen Allzweckmodul, das in 5 dargestellt
ist, entfernt wird, wie in 6 dargestellt,
oder indem der zweite Knoten T2 von dem logischen Allzweckmodul,
das in 5 dargestellt ist, entfernt wird, wie in 7 dargestellt.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Zelle, umfassend das logische Allzweckmodul
gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
10 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration dieser Zelle darstellt. Diese
Zelle besteht aus dem ersten logischen Allzweckmodul X, einem zweiten
logischen Allzweckmodul Y und einem dritten logischen Allzweckmodul
Z. Das erste logische Allzweckmodul X ist das logische Allzweckmodul
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Es ist zu beachten, dass für
die Zelle, die in 10 dargestellt ist, zur einfachen
Veranschaulichung der Fall dargestellt ist, in dem die Anzahl der
ersten logischen Allzweckmodule X zwei beträgt, die Anzahl der zweiten
logischen Allzweckmodule Y zwei beträgt und die Anzahl der dritten
logischen Allzweckmodule Z eins beträgt. Die jeweilige Anzahl der
logischen Allzweckmodule ist jedoch willkürlich.
-
Es
ist erwünscht,
dass die Zelle das erste logische Allzweckmodul X, das zweite logische
Allzweckmodul Y und das logische Allzweckmodul Z in einem Verhältnis von
2:2:1 umfasst. Sie ist jedoch nicht auf dieses Verhältnis begrenzt.
-
Das
zweite logische Allzweckmodul Y ist aus einem vierten Inverter 13 aufgebaut,
in dem ein siebter Knoten T7 mit einem Eingangsanschluss und ein achter
Knoten T8 mit einem Ausgangsanschluss verbunden ist, wie in 8 dargestellt.
-
Das
dritte logische Allzweckmodul Z ist auch aus einem Zweieingang-Multiplexer
mit invertiertem Ausgang aufgebaut, der aus Transfergattern einer ersten
Stufe und einem Inverter einer zweiten Stufe besteht, wie in 9 dargestellt.
-
Dieses
dritte logische Allzweckmodul Z ist aufgebaut aus: vier Knoten aus
einem neunten Knoten T9, einem zehnten Knoten T10, einem elften
Knoten T11 und einem zwölften
Knoten T12; und vier logischen Elementen aus einem fünften Inverter 15,
einem sechsten Inverter 15, einem dritten Transfergatter 22 und
einem vierten Transfergatter 23.
-
Der
fünfte
Inverter 14 ist gleich dem ersten bis dritten Inverter 10 bis 12 in
der ersten Ausführungsform.
Der sechste Inverter 15 ist in einer größeren Größe ausgebildet, um die Fähigkeit
des Ansteuerns zu verbessern, obgleich er die gleiche Schaltkreisstruktur
und Funktion aufweist, wie der erste bis dritte Inverter 10 bis 12.
Auch das dritte Transfergatter 22 und das vierte Transfergatter 23 sind
gleich dem ersten Transfergatter 20, beziehungsweise dem zweiten
Transfergatter in der ersten Ausführungsform.
-
Der
neunte Knoten T9 ist mit einem Eingangsanschluss des dritten Transfergatters 22 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des dritten Transfergatters 22 ist
mit einem Eingangsanschluss des sechsten Inverters 15 verbunden.
-
Der
zehnte Knoten T10 ist mit einem Eingangsanschluss des vierten Transfergatters 23 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des vierten Transfergatters 23 ist
mit dem Eingangsanschluss des sechsten Inverters 15 verbunden.
-
Der
elfte Knoten T11 ist mit einem Eingangsanschluss des fünften Inverters 14,
einem ersten Steuereingangsanschluss des dritten Transfergatters 22 und
einem zweiten Steuereingangsanschluss des vierten Transfergatters 23 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des fünften
Inverters 14 ist mit einem zweiten Steuereingangsanschluss
des dritten Transfergatters 22 und einem ersten Steuereingangsanschluss
des vierten Transfergatters 23 verbunden. Ein Ausgangsanschluss
des sechsten Inverters 15 ist mit dem zwölften Knoten
T12 verbunden.
-
Die
Operation des dritten logischen Allzweckmoduls Z, das die zuvor
erwähnte
Konfiguration aufweist, wird nachfolgend beschrieben. Dieses dritte
logische Allzweckmodul Z funktioniert grundsätzlich als ein Multiplexer.
Das heißt,
wenn ein Signal des L-Pegels
in den elften Knoten T11 eingegeben wird, werden sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor als auch
der N-Kanal-MOS-Transistor, die das dritte Transfergatter 22 bilden,
eingeschaltet, und sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor als auch der
N-Kanal-MOS-Transistor,
die das vierte Transfergatter 23 bilden, werden ausgeschaltet.
In der Folge wird das Signal, das von dem neunten Knoten T9 eingegeben wird,
durch das dritte Transfergatter 22 gegeben und von dem
sechsten Inverter 15 invertiert und von dem zwölften Knoten
T12 ausgegeben.
-
Wenn
andererseits ein Signal des H-Pegels in den elften Knoten T11 eingegeben
wird, werden sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor, als auch der N-Kanal-MOS-Transistor,
die das dritte Transfergatter 22 bilden, ausgeschaltet,
und sowohl der P-Kanal-MOS-Transistor
als auch der N-Kanal-MOS-Transistor, die das vierte Transfergatter 23 bilden,
werden eingeschaltet. In der Folge wird das Signal, das von dem
zehnten Knoten T10 eingegeben wird, durch das vierte Transfergatter 23 gegeben und
von dem sechsten Inverter 15 invertiert und dann von dem
zwölften
Knoten T12 ausgegeben.
-
Durch
die zuvor erwähnte
Operation wird die Funktion des Multiplexers mit invertiertem Ausgang erhalten.
Das heißt,
abhängig
von dem Pegel des Signals, das in den elften Knoten T11 eingespeist
wird, wird jedes Signal, das in den neunten Knoten T9 und das Signal,
das in den zehnten Knoten T12 eingegeben wird, invertiert und dann
von dem zwölften
Knoten T12 ausgegeben.
-
Nachfolgend
wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Zelle, die die zuvor erwähnte Konfiguration
aufweist, verwendet wird, um verschiedene logische Schaltkreise
zu konfigurieren.
-
11 ist
ein Beispiel, in dem das erste logische Allzweckmodul X des Typs,
der in 5 dargestellt ist, verwendet wird, um einen NAND-Schaltkreis zu
konfigurieren.
-
Dieser
NAND-Schaltkreis ist so gebildet, dass der erste Knoten T1 des ersten
logischen Allzweckmoduls X des Typs, der in 5 dargestellt
ist, mit dem H-Pegel (logisch „0") verbunden ist,
und der zweite Knoten T2 und der sechste Knoten T6 auf eine Nicht-Verbindung
(N.C.) gesetzt sind. Somit wird der Zweieingang-NAND-Schaltkreis
erhalten, in dem der dritte Knoten T3 (A) und der vierte Knoten
T4 (B) als Eingangsanschlüsse
und der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
In
dem logischen Allzweckmodul, das in der Beschreibung des Stands
der Technik erklärt
wird, wird das eingegebene Signal durch die logischen Elemente der
vier oder sechs Stufen gegeben, bis das Signal ausgegeben wird.
Im Gegensatz dazu wird gemäß diesem
NAND-Schaltkreis das eingegebene Signal nur durch die logischen
Elemente der zwei Stufen, wie einem Inverter und einem Transfergatter,
gegeben. Somit ist es möglich,
die Zeit der inneren Gatterverzögerung
zu verkürzen.
Es ist zu beachten, dass die innere Gatterverzögerung die Verzögerung impliziert,
die im Wesentlichen von der Anzahl von Stufen der logischen Elemente
bestimmt wird, ausgenommen einer Ver drahtungs-Lastkapazität, die an
einem Ausgangsende auftritt, einer Gatter-Lastkapazität und Ähnlichem.
Sie wird nachfolgend unter der gleichen Bedeutung verwendet.
-
Es
ist zu beachten, dass dieser NAND-Schaltkreis gebildet werden kann,
indem eine Abwandlung des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs
verwendet wird, der in 6 dargestellt ist. In diesem
Fall ist der erste Knoten T1 mit dem H-Pegel (logisch „0") verbunden, und
der zweite Knoten T2 auf eine Nicht-Verbindung gesetzt. Somit wird
der Zweieingang-NAND-Schaltkreis erhalten, in dem der dritte Knoten
T3 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Dieser
NAND-Schaltkreis kann auch gebildet werden, indem eine andere Abwandlung
des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs, der in 7 dargestellt
ist, verwendet wird. In diesem Fall ist der erste Knoten T1 mit
dem H-Pegel (logisch „ 0") verbunden, und
der sechste Knoten T6 wird auf Nicht-Verbindung gesetzt. Somit wird
der Zweieingang-NAND-Schaltkreis erhalten, in dem der dritte Knoten
T3 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
12 ist
ein Beispiel, in dem das erste logische Allzweckmodul des Typs,
der in 5 dargestellt ist, verwendet wird, um einen NOR-Schaltkreis zu
konfigurieren.
-
Dieser
NOR-Schaltkreis ist so gebildet, dass der dritte Knoten T3 des ersten
logischen Allzweckmoduls X mit dem L-Pegel (logisch „1") verbunden ist und
der zweite Knoten T2 und der sechste Knoten T6 auf Nicht-Verbindung
gesetzt sind. Somit wird der Zweieingang-NOR-Schaltkreis erhalten,
in dem der erste Knoten T1 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Gemäß diesem
NOR-Schaltkreis wird das das Eingangssignal, ähnlich wie bei dem zuvor erwähnten NAND-Schaltkreis,
nur durch die logischen Elemente der zwei Stufen gegeben. Somit
ist es möglich,
die Zeit der inneren Gatterverzögerung
zu verkürzen.
-
Es
ist zu beachten, dass dieser NOR-Schaltkreis durch Verwendung einer
Abwandlung des ersten logischen Allzweckmoduls von dem in 6 gezeigten
Typ gebildet werden kann. In diesem Fall ist der dritte Knoten T3
mit dem L-Pegel (logisch „1") verbunden, und
der zweite Knoten T2 ist auf Nicht-Verbindung gesetzt. Somit wird
der Zweieingang-NOR-Schaltkreis erhalten, in dem der erste Knoten
T1 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Dieser
NOR-Schaltkreis kann auch gebildet werden, indem eine andere Abwandlung
des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs, den 7 zeigt,
verwendet wird. In diesem Fall ist der dritte Knoten T3 mit dem
L-Pegel (logisch „1") verbunden, und
der sechste Knoten T6 ist auf Nicht-Verbindung gesetzt. Somit wird
der Zweieingang-NOR-Schaltkreis
erhalten, in dem der dritte Knoten T3 (A) und der vierte Knoten
T4 (B) als Eingangsanschlüsse
und der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
13 ist
ein Beispiel, in dem das erste logische Allzweckmodul des Typs,
der in 5 dargestellt ist, verwendet wird, um einen EXNOR-Schaltkreis
zu konfigurieren.
-
Dieser
EXNOR-Schaltkreis ist so gebildet, dass der zweite Knoten T2 und
der dritte Knoten T3 des ersten logischen Allzweckmoduls X miteinander verbunden
sind und der sechste Knoten T6 auf Nicht-Verbindung gesetzt ist.
Somit wird der Zweieingang-EXNOR-Schaltkreis
erhalten, in dem der erste Knoten T1 (A) und der vierte Knoten T4
(B) als Eingangsanschlüsse
und der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Obgleich
das eingegebene Signal in dem logischen Allzweckmodul, das in der
Beschreibung des Stands der Technik erklärt wird, durch die logischen Elemente
der vier oder sechs Stufen gegeben wird, bis das Signal ausgegeben
wird, wird gemäß diesem EXNOR-Schaltkreis
das Eingangssignal nur durch die logischen Elemente der drei Stufen,
wie den Invertern von zwei Stufen und dem Transfergatter von einer
Stufe gegeben. Somit ist es möglich,
die Zeit der inneren Gatterverzögerung
zu verkürzen.
-
Es
ist zu beachten, dass dieser EXNOR-Schaltkreis gebildet werden kann,
indem eine Abwandlung des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs,
der in 6 dargestellt ist, verwendet wird. In diesem Fall
sind der zweite Knoten T2 und der dritte Knoten T3 miteinander verbunden.
Somit wird der Zweieingang-EXNOR-Schaltkreis erhalten, in dem der
erste Knoten T1 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
14 ist
ein Beispiel, in dem das erste logische Allzweckmodul des Typs,
der in 5 dargestellt ist, verwendet wird, um einen EXOR-Schaltkreis zu
konfigurieren.
-
Dieser
EXOR-Schaltkreis ist so gebildet, dass der erste Knoten T1 und der
sechste Knoten T6 des ersten logischen Allzweckmoduls X miteinander verbunden
sind und der zweite Knoten T2 auf Nicht-Verbindung gesetzt ist.
Somit wird der Zweieingang-EXOR-Schaltkreis
erhalten, in dem der dritte Knoten T3 (A) und der vierte Knoten
T4 (B) als Eingangsanschlüsse
und der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Gemöß diesem
EXOR-Schaltkreis wird, obgleich das eingegebene Signal in dem logischen
Allzweckmodul, das in der Beschreibung des Stands der Technik erklärt wird,
durch die logischen Elemente der vier oder sechs Stufen gegeben
wird, bis das Signal ausgegeben wird, das eingegebene Signal nur
durch die logischen Elemente der drei Stufen, wie den Invertern
von zwei Stufen und dem Transfergatter von einer Stufe gegeben.
Somit ist es möglich,
die Zeit der inneren Gatterverzögerung
zu verkürzen.
-
Es
ist zu beachten, dass dieser EXOR-Schaltkreis gebildet werden kann,
indem eine Abwandlung des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs,
der in 7 dargestellt ist, verwendet wird. In diesem Fall
sind der erste Knoten T1 und der sechste Knoten T6 miteinander verbunden.
Somit wird der Zweieingang-EXOR-Schaltkreis erhalten, in dem der
dritte Knoten T3 (A) und der vierte Knoten T4 (B) als Eingangsanschlüsse und
der fünfte
Knoten T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
Dieser
EXOR-Schaltkreis kann auch gebildet werden, indem eine weitere Abwandlung
des ersten logischen Allzweckmoduls des Typs, der in 6 dargestellt
ist, verwendet wird. In diesem Fall sind der zweiten Knoten T2 und
der dritte Knoten T3 miteinander verbunden. Somit wird der EXOR-Schaltkreis
erhalten, in dem der erste Knoten T1 (A) und der vierte Knoten T4
(B) als Eingangsanschlüsse
und der fünfte Knoten
T5 als Ausgangsanschluss (O) verwendet werden.
-
15 ist
ein Beispiel, in dem ein Datenregister-Schaltkreis gebildet ist,
in dem ein erstes logisches Allzweckmodul X des Typs, der in 5 dargestellt
ist, und zwei logische Allzweckmodule Y verwendet werden.
-
In
diesem Datenregister-Schaltkreis ist der fünfte Knoten T5 des ersten logischen
Allzweckmoduls X mit einem Eingangsanschluss eines Inverters (nachfolgend
in diesem Absatz als „erstes
Modul" bezeichnet)
verbunden, der eines der zweiten logischen Allzweckmodule Y ist,
und ein Ausgangsanschluss dieses ersten Moduls ist mit dem ersten
Knoten T1 des ersten logischen Allzweckmoduls X verbunden. Der fünfte Knoten
T5 des ersten logischen Allzweckmoduls X ist auch mit einem Eingangsanschluss
eines Inverters (nachfolgend in diesem Absatz als „zweites
Modul" bezeichnet)
verbunden, der das andere zweite logische Allzweckmodul Y ist. Somit
wird der Datenregister-Schaltkreis erhalten, in dem der dritte Knoten
T3 des ersten logischen Allzweckmoduls X als Dateneingangsanschluss
(D) verwendet wird, der vierte Knoten T4 als Freigabe-Eingangsanschluss
(G) und ein Ausgangsanschluss des zweiten Moduls als ein Ausgangsanschluss
(Q) verwendet wird.
-
Dieser
Datenregister-Schaltkreis ist nur durch einen Zweieingang-Multiplexer
mit invertiertem Ausgang und zwei Inverter aufgebaut. Somit kann der
Datenregister-Schaltkreis
einfach zusammengesetzt sein.
-
16 ist
ein Beispiel, in dem ein D-Flipflop-Schaltkreis gebildet ist, indem
zwei erste logische Allzweckmodule X des Typs, der in 5 dargestellt
ist, und zwei zweite logische Allzweckmodule Y verwendet werden.
-
In
diesem Flipflop-Schaltkreis ist ein fünfter Knoten T5 eines Multiplexers
(nachfolgend in diesem Absatz als „erstes Modul" bezeichnet), der
eines der ersten logischen Allzweckmodule X ist, mit einem ersten
Knoten T1 eines Multiplexers (nachfolgend in diesem Absatz als „zweites
Modul" bezeichnet)
verbunden, der das andere erste logische Allzweckmodul X ist, und
ein fünfter
Knoten T5 dieses zweiten Moduls ist mit einem Eingangsanschluss
eines Inverters (nachfolgend in diesem Absatz als „drittes
Modul" bezeichnet)
verbunden, der eines der zweiten logischen Allzweckmodule Y ist,
und ein Ausgangsanschluss dieses dritten Moduls ist mit einem ersten Knoten
T1 des ersten Moduls verbunden. Ein fünfter Knoten T5 des zweiten
Moduls ist auch mit einem Eingangsanschluss eines Inverters (nachfolgend
als „viertes
Modul" bezeichnet)
verbunden, der das andere zweite logische Allzweckmodul Y ist. Somit
wird der D-Flipflop-Schaltkreis
erhalten, in dem ein dritter Knoten T3 des ersten Moduls als ein
Dateneingangsanschluss (D) verwendet wird, ein vierter Knoten T4 des
ersten Moduls T4 und ein vierter Knoten des zweiten Moduls als Takteingangsanschlüsse (C)
und ein Ausgangsanschluss des vierten Moduls als Ausgangsanschluss
(Q) verwendet werden.
-
Dieser
Flipflop-Schaltkreis besteht nur aus zwei Zweieingang-Multiplexern
mit invertiertem Ausgang und zwei Invertern. Somit kann der Flipflop-Schaltkreis
einfach zusammengesetzt werden.
-
Obgleich
nicht dargestellt, ist zu beachten, dass die Funktion entsprechend
der des herkömmlichen
Viereingang-Multiplexers ausgeführt
werden kann, indem ein drittes logisches Allzweckmodul Z mit zwei
ersten logischen Allzweckmodulen X verbunden wird, und es können zwei
Zweieingang-Multiplexer mit typischem nicht invertiertem Ausgang
gebildet werden, indem das zweite logische Allzweckmodul Y mit jeweils
zwei ersten logischen Allzweckmodulen X verbunden wird.
-
Darüber hinaus
können
beispielsweise zwei Zweieingang-NAND-Schaltkreise gebildet werden, indem
zwei erste logische Allzweckmodule X unabhängig voneinander verwendet
werden, und abgesehen von ihnen kann zusätzlich ein Zweieingang-Multiplexer
mit nicht invertiertem Ausgang gebildet werden, indem Ausgangsanschlüsse von
zwei zweiten logischen Allzweckmodulen Y jeweils mit Eingangsanschlüssen des
dritten logischen Allzweckmoduls Z verbunden werden.
-
Wie
zuvor erwähnt,
ist er gemäß der zweiten Ausführungsform
so ausgestaltet, dass er die Konfiguration gemäß dem herkömmlichen Viereingang-Multiplexer
in die Multiplexer-Einheiten des Zweieingang-Typs mit invertiertem
Ausgang teilt und den Ausgang individuell aufnimmt und die Anzahl
der logischen Stufen abhängig
von der Funktion löscht und
außerdem
den Inverter hinzufügt
und überdies den
inneren Knoten der Abwandlung des Zweieingang-Multiplexers mit invertiertem
Ausgang, der in 6 dargestellt ist, mit einem
anderen Knoten verbindet. Somit ist es möglich, die optimale Anzahl
der logischen Stufen zu bestimmen. Der Gesichtspunkt, dass eine
Vielzahl logischer Funktionen erhalten werden kann, geht also nicht
verloren, selbst im Vergleich zu dem herkömmlichen Viereingang-Multiplexer.
Darüber
hinaus ist es möglich,
den Freiheitsgrat der Schaltkreiskonfiguration zu erhöhen.
-
Zufällig kann
das dritte logische Allzweckmodul Z, das in der zweiten Ausführungsform
verwendet wird, gebildet werden, wie in 17 dargestellt.
Das heißt,
es kann so gebildet werden, dass der Multiplexer-Teil und der Inverter-Teil
des dritten logischen Allzweckmoduls Z voneinander getrennt sind
und jeweils Knoten in den getrennten Teilen platziert werden. Diese
Konfiguration kann die Generalisierung verbessern.
-
Wie
zuvor ausführlich
behandelt, ist es erfindungsgemäß möglich, ein
logisches Allzweckmodul, in dem das Umschalten bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden
kann, und eine Zelle bereitzustellen, die ein solches Modul verwendet.