JP3555080B2 - 汎用ロジックモジュール及びこれを用いたセル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は汎用ロジックモジュール及びこれを用いたセルに関し、特にその基本回路構成及びセル構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、一般的なフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)及びマスクプログラマブルな機能ブロックベースのゲートアレイに使用される汎用ロジックモジュールが知られている。この汎用ロジックモジュールは、複数の論理関数の中の1つを設計者が選択できるように構成されている。
【0003】
複数の組合せ論理関数を選択できるマルチプレクサから構成される汎用ロジックモジュールとして、例えば特開平7−106949号(米国特許第5055718号)公報は、「汎用組み合わせ論理モジュール」を開示している。この公報に開示されている汎用ロジックモジュールは、図14に示すように、4入力のマルチプレクサ(MUX)から構成されており、この4入力のマルチプレクサは3個の2入力マルチプレクサを組み合わせて構成されている。
【0004】
この公報では、上記2入力マルチプレクサの構成は明らかにされていないが、一般的には、正転タイプの2入力マルチプレクサは、図15に示すように、第1段目のインバータ、第2段目のトランスファゲート及び第3段目のインバータから構成されている。従って、入力された信号が出力されるまでに、3段の論理素子を通過する。このような構成の2入力マルチプレクサを用いて図14に示す4入力マルチプレクサを構成した場合、入力された信号が出力されるまでに6段の論理素子を通過する。
【0005】
なお、上記2入力マルチプレクサが反転出力タイプである場合は、第3段目のインバータは除去されるので、この反転出力タイプの2入力マルチプレクサを用いて図14に示す4入力マルチプレクサを構成した場合、入力された信号が出力されるまでに4段の論理素子を通過する。
【0006】
更に、4入力マルチプレクサは、図15に示した2入力マルチプレクサを用いないで、インバータ及びトランスファゲートを用いて、例えば図16に示すように構成することもできる。この図16に示す4入力マルチプレクサの場合、入力された信号が出力されるまでに4段の論理素子を通過する。
【0007】
また、他の汎用ロジックモジュールとして、米国特許5684412号は、「CELL FORMING PART OF A CUSTOMIZABLE ARRAY」を開示している。この汎用ロジックモジュールは、図17(A)に示すように、NANDゲート、2個の2入力マルチプレクサA、A、並びに1個の2入力マルチプレクサLARGEから構成されている。2入力マルチプレクサAは、図17(B)に示すように、第1段目のインバータと第2段目のトランスファゲートで構成されている。また、2入力マルチプレクサLARGEは、図17(C)に示すように、第1段目のトランスファゲートと第2段目のインバータとから構成されている。従って、図17(A)に示された汎用ロジックモジュールに入力された信号は、最大4段の論理素子を通って出力される。
【0008】
上記の他に、複数の組合せ論理関数を選択できるマルチプレクサから構成された汎用ロジックモジュールは、米国特許第4910417号、米国特許第6014038号等に開示されている。
【0009】
以上説明した各汎用ロジックモジュールは、複数の論理関数を実現することを目的として、2入力マルチプレクサをシリアルに複数段接続した複数入力・複数段マルチプレクサから構成されており、その入力端子を論理値「1」(例えば電源電位)又は論理値「0」(例えば接地電位)に設定することで所望の論理回路が構成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の汎用ロジックモジュールは、2入力マルチプレクサをシリアルに複数段接続する構成であるため、信号が通過する論理素子の段数が多くなり、更に、トランスファゲートもシリアルに複数段挿入される。そのため、単純な論理回路から構成され得るゲートアレイ・セルベースIC等の回路構成に比べ、スイッチングスピードが遅くなるという欠点を有する。
【0011】
今、図14に示した汎用ロジックモジュール又は図17(A)に示した汎用ロジックモジュールを用いて構成された2入力NAND、2入力NOR、2入力EXOR、2入力EXNOR等の機能で比較した場合、その差は顕著である。特に、通常のASICで構成される際、一段論理で構成可能な2入力NAND、2入力NOR等で生じる内部ゲート遅延特性の差は明白である。
【0012】
このような問題は、2入力マルチプレクサをシリアルに複数個接続する等の複数入力・複数段マルチプレクサによる回路構成が採用されているので論理素子段数が多く、また、トランスファゲートもシリアルに複数挿入された論理回路構成であることによって生じている。
【0013】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、高速でスイッチが可能な汎用ロジックモジュール及びこれを用いたセルを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る汎用ロジックモジュールは、第1ノードに入力が接続された第1インバータと、該第1インバータの出力に接続された第2ノードと、第3ノードに入力が接続された第2インバータと、第4ノードに入力が接続された第3インバータと、前記第1インバータの出力に入力が接続され、前記第4ノードに第1制御入力が接続され、前記第3インバータの出力に第2制御入力が接続された第1トランスファゲートと、前記第2インバータの出力に入力が接続され、前記第3インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第4ノードに第2制御入力が接続された第2トランスファゲートと、前記第1トランスファゲートの出力及び前記第2トランスファの出力に接続された第5ノード、とを備えている。
【0015】
この第1の態様に係る汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路が形成されるように構成できる。また、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第2ノードを前記第3ノードに接続することにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路が形成されるように構成できる。
【0016】
また、上記第1の態様に係る汎用ロジックモジュールは、前記第2インバータの出力に接続された第6ノードを更に備えて構成できる。この場合、前記第1ノードを前記第6ノードに接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路が形成されるように構成できる。
【0017】
本発明の第2の態様に係るセルは、上記と同様の目的で、(A)第1の態様に係る汎用ロジックモジュールから成る第1汎用ロジックモジュールと、(B)第7ノードに入力が接続され、第8ノードに出力が接続された第4インバータを備えた第2汎用ロジックモジュールと、(C)第11ノードに入力が接続された第5インバータと、第9ノードに入力が接続され、前記第11ノードに第1制御入力が接続され、前記第5インバータの出力に第2制御入力が接続された第3トランスファゲートと、第10ノードに入力が接続され、前記第5インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第11ノードに第2制御入力が接続された第4トランスファゲートと、前記第3トランスファゲートの出力及び前記第4トランスファの出力に入力が接続された第6インバータと、該第6インバータの出力に接続された第12ノード、とを備えた第3汎用ロジックモジュール、とを含んで構成されている。この場合、前記第1汎用ロジックモジュール、前記第2汎用ロジックモジュール及び前記第3汎用ロジックモジュールが2:2:1の比率で収容されるように構成できる。
【0018】
この第2の態様に係るセルでは、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路が形成されるように構成できる。また、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成されるように構成できる。更に、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第2ノードを前記第3ノードに接続することにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路が形成されるように構成できる。
【0019】
また、この第2の態様に係るセルにおける前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第2インバータの出力に接続された第6ノードを更に備えて構成できる。この場合、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第1ノードを前記第6ノードに接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路が形成されるように構成できる。
【0020】
また、この第2の態様に係るセルは、前記第1汎用ロジックモジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュール、とを備え、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第2ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第1モジュールの前記第8ノードに接続し、前記第5ノードを前記第1モジュールの前記第7ノード及び前記第2モジュールの前記第7ノードに接続することにより、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第3ノードをデータ入力とし、前記第4ノードをイネーブル入力とし、前記第2モジュールの前記第7ノードを出力とするラッチが形成されるように構成できる。
【0021】
また、この第2の態様に係るセルは、前記第1汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第1汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第3モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第4モジュール、とを備え、前記第1モジュールの前記第2ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第2モジュールの前記第2ノードに接続し、第5ノードを前記第2モジュールの第1ノードに接続し、更に、前記第2モジュールの第3ノードを前記第3モジュールの第8ノードに接続し、第5ノードを前記第3モジュールの第7ノード及び前記第4モジュールの第7ノードに接続することにより、前記第1モジュールの第3ノードをデータ入力とし、前記第1モジュールの前記第4ノード及び前記第2モジュールの第4ノードをクロック入力とし、前記第4モジュールの第8ノードを出力とするフリップフロップが形成されるように構成できる。
【0022】
本発明の第3の態様に係る汎用ロジックモジュールは、上記と同様の目的で、第1ノードに入力が接続された第1インバータと、第3ノードに入力が接続された第2インバータと、該第2インバータの出力に接続された第6ノードと、第4ノードに入力が接続された第3インバータと、前記第1インバータの出力に入力が接続され、前記第4ノードに第1制御入力が接続され、前記第3インバータの出力に第2制御入力が接続された第1トランスファゲートと、前記第2インバータの出力に入力が接続され、前記第3インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第4ノードに第2制御入力が接続された第2トランスファゲートと、前記第1トランスファゲートの出力及び前記第2トランスファの出力に接続された第5ノード、とを備えている。
【0023】
この第3の態様に係る汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路が形成されるように構成できる。また、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路が形成されるように構成できる。
【0024】
本発明の第4の態様に係るセルは、上記と同様の目的で、(A)請求項16に記載の汎用ロジックモジュールから成る第1汎用ロジックモジュールと、(B)第7ノードに入力が接続され、第8ノードに出力が接続された第4インバータを備えた第2汎用ロジックモジュールと、(C)第11ノードに入力が接続された第5インバータと、第9ノードに入力が接続され、前記第11ノードに第1制御入力が接続され、前記第5インバータの出力に第2制御入力が接続された第3トランスファゲートと、第10ノードに入力が接続され、前記第5インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第11ノードに第2制御入力が接続された第4トランスファゲートと、前記第3トランスファゲートの出力及び前記第4トランスファの出力に入力が接続された第6インバータと、該第6インバータの出力に接続された第12ノード、とを備えた第3汎用ロジックモジュール、とを含んで構成されている。この場合、前記第1汎用ロジックモジュール、前記第2汎用ロジックモジュール及び前記第3汎用ロジックモジュールが2:2:1の比率で収容されるように構成できる。
【0025】
この第4の態様に係るセルでは、前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路が形成されるように構成できる。また、前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路が形成されるように構成できる。また、前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路が形成されるように形成できる。
【0026】
また、この第4の態様に係るセルでは、前記第1汎用ロジックモジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュール、とを備え、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第6ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第1モジュールの前記第8ノードに接続し、前記第5ノードを前記第1モジュールの前記第7ノード及び前記第2モジュールの前記第7ノードに接続することにより、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第3ノードをデータ入力とし、前記第4ノードをイネーブル入力とし、前記第2モジュールの前記第8ノードを出力とするラッチが形成されるように構成できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1は、汎用ロジックモジュールを、シリーズに接続されたインバータとトランスファゲートとによってマルチプレクサ機能を有するように構成し、且つインバータの出力をノードとして使用できるようにしたものである。
【0029】
図1は本発明の実施の形態1に係る汎用ロジックモジュールの構成を示す回路図である。この汎用ロジックモジュールは、第1段目がインバータで、第2段目がトランスファゲートから成る反転出力タイプの2入力マルチプレクサから構成されている。この汎用ロジックモジュールは、第1ノードT1、第2ノードT2、第3ノードT3、第4ノードT4、第5ノードT5及び第6ノードT6といった6個のノードと、第1インバータ10、第2インバータ11、第3インバータ12、第1トランスファゲート20及び第2トランスファゲート21といった5個の論理素子から構成されている。
【0030】
第1〜第3インバータ10〜12の各々は、例えばNチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジスタとが電源とグランドとの間にシリアルに接続される周知の構造を有し、入力された信号を反転して出力する。この第1〜第3インバータ10〜12は、入力容量を小さくするために、小さいサイズで構成されている。
【0031】
また、第1及び第2トランスファゲート20及び21の各々は、NチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジスタとがパラレルに接続された構造、即ちソース同士及びドレイン同士が接続された構造を有し、NチャンネルMOSトランジスタのゲート及びPチャンネルMOSトランジスタのゲートに供給される信号に応じて、その入力端子に供給される信号を通過させ又はその入力端子に供給される信号の通過を阻止する。以下では、PチャンネルMOSトランジスタのゲートを第1制御入力端子と呼び、NチャンネルMOSトランジスタのゲートを第2制御入力端子と呼ぶ。
【0032】
第1ノードT1は、第1インバータ10の入力端子に接続されている。第1インバータ10の出力端子は、第1トランスファゲート20の入力端子及び第2ノードT2に接続されている。
【0033】
第3ノードT3は、第2インバータ11の入力端子に接続されている。第2インバータ11の出力端子は、第2トランスファゲート21の入力端子及び第6ノードT6に接続されている。
【0034】
第4ノードT4は、第3インバータ12の入力端子、第1トランスファゲート20の第1制御入力端子及び第2トランスファゲート21の第2制御入力端子に接続されている。第3インバータ12の出力端子は、第1トランスファゲート20の第2制御入力端子及び第2トランスファゲート21の第1制御入力端子に接続されている。
【0035】
第1トランスファゲート20の出力端子及び第2トランスファゲート21の出力端子は第5ノードT5に接続されている。
【0036】
以上のように構成される汎用ロジックモジュールの動作を説明する。この汎用ロジックモジュールは基本的にマルチプレクサとして機能する。即ち、第4ノードT4に低レベル(以下、「Lレベル」という)の信号が入力されると、第1トランスファゲート20を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタが双方ともオンにされ、且つ第2トランスファゲート21を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタは双方ともオフにされる。その結果、第1ノードT1から入力された信号が、第1インバータ10で反転され、第1トランスファゲート20を介して第5ノードT5から出力される。
【0037】
一方、第4ノードT4に高レベル(以下、「Hレベル」という)の信号が入力されると、第1トランスファゲート20を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタが双方ともオフにされ、且つ第2トランスファゲート21を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタは双方ともオンにされる。その結果、第3ノードT3から入力された信号が、第2インバータ11で反転され、第2トランスファゲート21を介して第5ノードから出力される。
【0038】
以上の動作により、第4ノードT4に供給される信号のレベルに応じて、第1ノードT1に入力された信号及び第3ノードT3に入力された信号の何れか一方が反転されて第5ノードT5から出力されるという反転出力タイプのマルチプレクサの機能が実現されている。
【0039】
なお、この汎用ロジックモジュールは、必要に応じて、図2に示すように、図1に示した汎用ロジックモジュールから第6ノードT6を除去し、或るいは図3に示すように、図1に示した汎用ロジックモジュールから第2ノードT2を除去して構成することもできる。
【0040】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2は、上述した実施の形態1に係る汎用ロジックモジュールを含むセルである。
【0041】
図6は、このセルの構成を示す図である。このセルは、上記第1汎用ロジックモジュールX、第2汎用ロジックモジュールY及び第3汎用ロジックモジュールZから構成されている。第1汎用ロジックモジュールXは、上述した実施の形態1に係る汎用ロジックモジュールである。なお、図6に示したセルは、説明を簡単にするために、第1汎用ロジックモジュールXが2個、第2汎用ロジックモジュールYが2個、第3汎用ロジックモジュールZが1個含まれる場合を示しているが、各汎用ロジックモジュールの数は任意である。
【0042】
また、セルは、第1汎用ロジックモジュールX、第2汎用ロジックモジュールY及び第3汎用ロジックモジュールZを2:2:1の比率で含むことが好ましいが、この比率に限定されない。
【0043】
上記第2汎用ロジックモジュールYは、図4に示すように、第7ノードT7が入力端子に接続され、第8ノードT8が出力端子に接続された第4インバータ13で構成されている。
【0044】
また、第3汎用ロジックモジュールZは、図5に示すように、第1段目がトランスファゲートで、第2段目がインバータから成る反転出力タイプの2入力マルチプレクサから構成されている。
【0045】
この第3汎用ロジックモジュールZは、第9ノードT9、第10ノードT10、第11ノードT11及び第12ノードT12といった4個のノードと、第5インバータ14、第6インバータ15、第3トランスファゲート22及び第4トランスファゲート23といった4個の論理素子から構成されている。
【0046】
第5インバータ14は、上述した実施の形態1における第1〜第3インバータ10〜12と同じである。また、第6インバータ15は、第1〜第3インバータ10〜12と同じ回路構造及び機能を有するが、駆動能力を大きくするために、大きいサイズで構成されている。また、第3トランスファゲート22及び第4トランスファゲート23は、上述した実施の形態1における第1トランスファゲート20及び第2トランスファゲートとそれぞれ同じである。
【0047】
第9ノードT9は、第3トランスファゲート22の入力端子に接続されている。第3トランスファゲート22の出力端子は、第6インバータ15の入力端子に接続されている。
【0048】
第10ノードT10は、第4トランスファゲート23の入力端子に接続されている。第4トランスファゲート23の出力端子は、第6インバータ15の入力端子に接続されている。
【0049】
第11ノードT11は、第5インバータ14の入力端子、第3トランスファゲート22の第1制御入力端子及び第4トランスファゲート23の第2制御入力端子に接続されている。第5インバータ14の出力端子は、第3トランスファゲート22の第2制御入力端子及び第4トランスファゲート23の第1制御入力端子に接続されている。第6インバータ15の出力端子は第12ノードT12に接続されている。
【0050】
以上のように構成される第3汎用ロジックモジュールの動作を説明する。この第3汎用ロジックモジュールは基本的にマルチプレクサとして機能する。即ち、第11ノードT11にLレベルの信号が入力されると、第3トランスファゲート22を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタが双方ともオンにされ、且つ第4トランスファゲート23を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタは双方ともオフにされる。その結果、第9ノードT9から入力された信号が第3トランスファゲート22を通過し、第6インバータ15で反転されて第12ノードT12から出力される。
【0051】
一方、第11ノードT11にHレベルの信号が入力されると、第3トランスファゲート22を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタが双方ともオフにされ、且つ第4トランスファゲート23を構成するPチャンネルMOSトランジスタ及びNチャンネルMOSトランジスタは双方ともオンにされる。その結果、第10ノードT10から入力された信号が第4トランスファゲート23を通過し、第6インバータ15で反転されて第12ノードT12から出力される。
【0052】
以上の動作により、第11ノードT11に供給される信号のレベルに応じて、第9ノードT9に入力された信号及び第10ノードT10に入力された信号の何れか一方が反転されて第12ノードT12から出力されるという反転出力タイプのマルチプレクサの機能が実現されている。
【0053】
次に、上記のように構成されるセルを用いて幾つかの論理回路を構成する場合の例を説明する。
【0054】
図7は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いてNAND回路を構成した例である。
【0055】
このNAND回路は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールXの第1ノードT1をLレベル(論理「0」)に接続し、第2ノードT2及び第3ノードT3を無接続(N.C)にすることによって構成され、これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNAND回路が実現されている。
【0056】
従来の技術の欄で説明した汎用ロジックモジュールでは入力された信号が出力されるまでに4又は6段の論理素子を通過するのに対し、このNAND回路によれば、インバータ1段とトランスファゲート1段といった2段の論理素子を通過するだけであるので、内部ゲート遅延時間を短くできる。なお、内部ゲート遅延とは、出力端で発生する配線負荷容量やゲート負荷容量等を除く、ほぼ論理素子の段数によって決まる遅延時間を言い、以下においても同じである。
【0057】
なお、このNAND回路は、図2に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第1ノードT1をLレベル(論理「0」)に接続し、第2ノードT2を無接続にする。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNAND回路が実現される。
【0058】
また、このNAND回路は、図3に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第1ノードT1をLレベル(論理「0」)に接続し、第6ノードT6を無接続にする。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNAND回路が実現される。
【0059】
図8は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いてNOR回路を構成した例である。
【0060】
このNOR回路は、第1汎用ロジックモジュールXの第3ノードT3をHレベル(論理「1」)に接続し、第2ノードT2及び第6ノードT6を無接続にすることによって構成され、これにより、第1ノードT1(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNOR回路が実現されている。
【0061】
このNOR回路によれば、上記NAND回路と同様に、入力された信号は2段の論理素子を通過するだけであるので、内部ゲート遅延時間を短くできる。
【0062】
なお、このNOR回路は、図2に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第3ノードT3をHレベル(論理「1」)に接続し、第2ノードT2を無接続にする。これにより、第1ノードT1(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNOR回路が実現される。
【0063】
また、このNOR回路は、図3に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第3ノードT3をHレベル(論理「1」)に接続し、第6ノードT6を無接続にする。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のNOR回路が実現される。
【0064】
図9は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いてEXNOR回路を構成した例である。
【0065】
このEXNOR回路は、第1汎用ロジックモジュールXの第2ノードT2と第3ノードT3を接続し、第6ノードT6を無接続にすることによって構成されている。これにより、第1ノードT1(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXNOR回路が実現されている。
【0066】
このEXNOR回路によれば、従来の技術の欄で説明した汎用ロジックモジュールでは入力された信号が出力されるまでに4又は6段の論理素子を通過するのに対し、インバータ2段とトランスファゲート1段といった3段の論理素子を通過するだけであるので、内部ゲート遅延時間を短くできる。
【0067】
なお、このEXNOR回路は、図2に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第2ノードT2と第3ノードT3を接続する。これにより、第1ノードT1(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXNOR回路が実現される。
【0068】
また、このEXNOR回路は、図3に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第1ノードT1と第6ノードT6を接続する。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXNOR回路が実現される。
【0069】
図10は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いてEXOR回路を構成した例である。
【0070】
このEXOR回路は、第1汎用ロジックモジュールXの第1ノードT1と第6ノードT6を接続し、第2ノードT2を無接続にすることによって構成されている。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXOR回路が実現されている。
【0071】
このEXOR回路によれば、従来の技術の欄で説明した汎用ロジックモジュールでは、入力された信号が出力されるまでに4又は6段の論理素子を通過するのに対し、インバータ2段とトランスファゲート1段といった3段の論理素子を通過するだけであるので、内部ゲート遅延時間を短くできる。
【0072】
なお、このEXOR回路は、図3に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第1ノードT1と第6ノードT6を接続する。これにより、第3ノードT3(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXOR回路が実現される。
【0073】
また、このEXOR回路は、図2に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを用いて構成することもできる。この場合、第2ノードT2と第3ノードT3を接続する。これにより、第1ノードT1(A)及び第4ノードT4(B)を入力端子とし、第5ノードT5を出力端子(O)とする2入力のEXOR回路が実現される。
【0074】
図11は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールを1個と、第2汎用ロジックモジュールYを2個用いてデータラッチ回路を構成した例である。
【0075】
このデータラッチ回路は、第1汎用ロジックモジュールXの第5ノードT5と第2汎用ロジックモジュールYの1つであるインバータ(以下、この段落では「第1モジュール」という)の入力端子を接続し、この第1モジュールの出力端子を第1汎用ロジックモジュールXの第1ノードT1に接続する。また、第1汎用ロジックモジュールXの第5ノードT5と第2汎用ロジックモジュールYの他の1つであるインバータ(以下、この段落では「第2モジュール」という)の入力端子を接続する。これにより、第1汎用ロジックモジュールXの第3ノードT3をデータ入力端子(D)、第4ノードT4をイネーブル入力端子(G)とし、第2モジュールの出力端子を出力端子(Q)とするデータラッチ回路が実現される。
【0076】
このデータラッチ回路は、反転出力タイプの2入力マルチプレクサ1個及びインバータ2個だけで構成されているので、ラッチ回路の構成が簡単になる。
【0077】
図12は、図1に示したタイプの第1汎用ロジックモジュールX及び第2汎用ロジックモジュールYをそれぞれ2個用いてDタイプのフリップフロップ回路を構成した例である。
【0078】
このフリップフロップ回路は、第1汎用ロジックモジュールXの1つであるマルチプレクサ(以下、この段落では「第1モジュール」という)の第5ノードT5と第1汎用ロジックモジュールXの他の1つであるマルチプレクサ(以下、この段落では「第2モジュール」という)の第1ノードT1とを接続し、この第2モジュールの第5ノードT5と第2汎用ロジックモジュールYの1つであるインバータ(以下、この段落では「第3モジュール」という)の入力端子を接続し、この第3モジュールの出力端子を第1モジュールの第1ノードT1に接続する。更に、第2モジュールの第5ノードT5と第2汎用ロジックモジュールYの他の1つであるインバータ(以下、この段落では「第4モジュール」という)の入力端子を接続する。これにより、第1モジュールの第3ノードT3をデータ入力端子(D)、第1モジュールの第4ノードT4及び第2モジュールの第4ノードT4をクロック入力端子(C)とし、第4モジュールの出力端子を出力端子(Q)とするDタイプのフリップフロップ回路が実現される。
【0079】
このフリップフロップ回路は、反転出力タイプの2入力マルチプレクサ2個及びインバータ2個だけで構成されているので、フリップフロップ回路の構成が簡単になる。
【0080】
なお、図示は省略するが、第1汎用ロジックモジュールXを2個に第3汎用ロジックモジュールZを1個接続することで、従来の4入力マルチプレクサ相当の機能を構成できるし、2個の第1汎用ロジックモジュールXに第2汎用ロジックモジュールYをそれぞれ接続することにより、通常の正転タイプの2入力マルチプレクサを2個構成することができる。
【0081】
更に、2個の第1汎用ロジックモジュールXをそれぞれ他と独立で、例えば2NANDを2個構成し、それとは別に第2汎用ロジックモジュールY2個の出力端子を第3汎用ロジックモジュールZの入力端子に接続することにより、正転出力タイプの2入力マルチプレクサを更にもう1個構成することも可能である。
【0082】
このように、上述した実施の形態2によれば、従来の4入力マルチプレクサ相当の構成を2入力反転タイプのマルチプレクサ単位に分割構成し、個々に出力が取り出すようにし、機能に応じて論理段数を削除し、また、インバータを追加したり、図2に示すように反転出力タイプの2入力マルチプレクサの内部ノードを他のノードに接続可能な構成にし、最適な論理段数を構成可能にしたので、複数論理機能を実現可能であるという面は従来の4入力マルチプレクサに比べて損なわれず、更に回路構成の自由度を増すことができる。
【0083】
なお、上述した実施の形態2で使用した第3汎用ロジックモジュールZは、図13に示すように構成することもできる。即ち、第3汎用ロジックモジュールZのマルチプレクサ部とインバータ部とを分離し、分離箇所にそれぞれノードを設けるように構成してもよい。この構成によれば、汎用性がより向上する。
【0084】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高速でスイッチが可能な汎用ロジックモジュール及びこれを用いたセルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る汎用ロジックモジュールの構成を示す回路図である。
【図2】図1に示した汎用ロジックモジュールの変形例を示す回路図である。
【図3】図1に示した汎用ロジックモジュールの他の変形例を示す回路図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係るセルで使用される第2汎用ロジックモジュールの構成を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係るセルで使用される第3汎用ロジックモジュールの構成を示す回路図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係るセルの構成を示す回路図である。
【図7】図6に示すセルを用いてNAND回路を構成した例を示す図である。
【図8】図6に示すセルを用いてNOR回路を構成した例を示す図である。
【図9】図6に示すセルを用いてEXNOR回路を構成した例を示す図である。
【図10】図6に示すセルを用いてEXOR回路を構成した例を示す図である。
【図11】図6に示すセルを用いてデータラッチ回路を構成した例を示す図である。
【図12】図6に示すセルを用いてフリップフロップ回路を構成した例を示す図である。
【図13】本発明の実施の形態2に係るセルの変形例の構成を示す図である。
【図14】従来の汎用ロジックモジュールを説明するための図である。
【図15】図14で使用されているマルチプレクサの構成を示す回路図である。
【図16】図14で示された汎用ロジックモジュールの他の構成を示す回路図である。
【図17】従来の他の汎用ロジックモジュールを説明するための図である。
【符号の説明】
10 第1インバータ
11 第2インバータ
12 第3インバータ
13 第4インバータ
14 第5インバータ
15 第6インバータ
20 第1トランスファゲート
21 第2トランスファゲート
22 第3トランスファゲート
23 第4トランスファゲート
T1〜T12 ノード
Claims (21)
- (A)第1ノードに入力が接続された第1インバータと、該第1インバータの出力に接続された第2ノードと、第3ノードに入力が接続された第2インバータと、第4ノードに入力が接続された第3インバータと、前記第1インバータの出力に入力が接続され、前記第4ノードに第1制御入力が接続され、前記第3インバータの出力に第2制御入力が接続された第1トランスファゲートと、前記第2インバータの出力に入力が接続され、前記第3インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第4ノードに第2制御入力が接続された第2トランスファゲートと、前記第1トランスファゲートの出力及び前記第2トランスファゲートの出力に接続された第5ノード、とを備えた汎用ロジックモジュールから成る第1汎用ロジックモジュールと、(B)第7ノードに入力が接続され、第8ノードに出力が接続された第4インバータを備えた第2汎用ロジックモジュールと、(C)第11ノードに入力が接続された第5インバータと、第9ノードに入力が接続され、前記第11ノードに第1制御入力が接続され、前記第5インバータの出力に第2制御入力が接続された第3トランスファゲートと、第10ノードに入力が接続され、前記第5インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第11ノードに第2制御入力が接続された第4トランスファゲートと、前記第3トランスファゲートの出力及び前記第4トランスファゲートの出力に入力が接続された第6インバータと、該第6インバータの出力に接続された第12ノード、とを備えた第3汎用ロジックモジュール、とを含むセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路に形成されている請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路に形成されている請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第2ノードを前記第3ノードに接続することにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路に形成されている請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第2インバータの出力に接続された第6ノードを更に備えた請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを前記第6ノードに接続し、前記第2ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路に形成されている請求項5に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュール、とを備え、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第2ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第1モジュールの前記第8ノードに接続し、前記第5ノードを前記第1モジュールの前記第7ノード及び前記第2モジュールの前記第7ノードに接続することにより、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第3ノードをデータ入力とし、前記第4ノードをイネーブル入力とし、前記第2モジュールの前記第8ノードを出力とするラッチが形成されている請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第1汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第3モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第4モジュール、とを備え、前記第1モジュールの前記第2ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第2モジュールの前記第2ノードに接続し、第5ノードを前記第2モジュールの第1ノードに接続し、更に、前記第2モジュールの第3ノードを前記第3モジュールの第8ノードに接続し、第5ノードを前記第3モジュールの第7ノード及び前記第4モジュールの第7ノードに接続することにより、前記第1モジュールの第3ノードをデータ入力とし、前記第1モジュールの前記第4ノード及び前記第2モジュールの第4ノードをクロック入力とし、前記第4モジュールの第8ノードを出力とするフリップフロップが形成されている請求項1に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュール、前記第2汎用ロジックモジュール及び前記第3汎用ロジックモジュールが2:2:1の比率で収容されている請求項1,2,3,4,5,6,7と8のうち何れか1項に記載のセル。
- 第1ノードに入力が接続された第1インバータと、第3ノードに入力が接続された第2インバータと、該第2インバータの出力に接続された第6ノードと、第4ノードに入力が接続された第3インバータと、前記第1インバータの出力に入力が接続され、前記第4ノードに第1制御入力が接続され、前記第3インバータの出力に第2制御入力が接続された第1トランスファゲートと、前記第2インバータの出力に入力が接続され、前記第3インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第4ノードに第2制御入力が接続された第2トランスファゲートと、 前記第1トランスファゲートの出力及び前記第2トランスファゲートの出力に接続された第5ノード、とを備えた汎用ロジックモジュール。
- 前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路が形成された請求項10に記載の汎用ロジックモジュール。
- 前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路が形成された請求項10に記載の汎用ロジックモジュール。
- 前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路が形成された請求項10に記載の汎用ロジックモジュール。
- 前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路が形成された請求項10に記載の汎用ロジックモジュール。
- (A)請求項10に記載の汎用ロジックモジュールから成る第1汎用ロジックモジュールと、(B)第7ノードに入力が接続され、第8ノードに出力が接続された第4インバータを備えた第2汎用ロジックモジュールと、(C)第11ノードに入力が接続された第5インバータと、第9ノードに入力が接続され、前記第11ノードに第1制御入力が接続され、前記第5インバータの出力に第2制御入力が接続された第3トランスファゲートと、第10ノードに入力が接続され、前記第5インバータの出力に第1制御入力が接続され、前記第11ノードに第2制御入力が接続された第4トランスファゲートと、前記第3トランスファゲートの出力及び前記第4トランスファゲートの出力に入力が接続された第6インバータと、該第6インバータの出力に接続された第12ノード、とを備えた第3汎用ロジックモジュール、とを含むセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを論理「0」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNAND回路に形成されている請求項15に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第3ノードを論理「1」に接続し、前記第6ノードを無接続にすることにより、前記第1ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするNOR回路に形成されている請求項15に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXNOR回路に形成されている請求項15に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールは、前記第1ノードを前記第6ノードに接続することにより、前記第3ノード及び前記第4ノードを入力とし、前記第5ノードを出力とするEXOR回路に形成されている請求項15に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の1つである第1モジュールと、前記第2汎用ロジックモジュールの中の他の1つである第2モジュール、とを備え、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第6ノードを無接続にし、前記第1ノードを前記第1モジュールの前記第8ノードに接続し、前記第5ノードを前記第1モジュールの前記第7ノード及び前記第2モジュールの前記第7ノードに接続することにより、前記第1汎用ロジックモジュールの前記第3ノードをデータ入力とし、前記第4ノードをイネーブル入力とし、前記第2モジュールの前記第8ノードを出力とするラッチが形成されている請求項15に記載のセル。
- 前記第1汎用ロジックモジュール、前記第2汎用ロジックモジュール及び前記第3汎用ロジックモジュールが2:2:1の比率で収容されている請求項15,16,17,18,19と20のうち何れか1項に記載のセル。
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