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JPH07288465A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

Info

Publication number
JPH07288465A
JPH07288465A JP6078363A JP7836394A JPH07288465A JP H07288465 A JPH07288465 A JP H07288465A JP 6078363 A JP6078363 A JP 6078363A JP 7836394 A JP7836394 A JP 7836394A JP H07288465 A JPH07288465 A JP H07288465A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
circuit
static
field effect
logic block
Prior art date
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Granted
Application number
JP6078363A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3216409B2 (en
Inventor
Fumio Murabayashi
文夫 村林
Tatsumi Yamauchi
辰美 山内
Takashi Hotta
多加志 堀田
Hiromichi Yamada
弘道 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP07836394A priority Critical patent/JP3216409B2/en
Publication of JPH07288465A publication Critical patent/JPH07288465A/en
Priority to US08/838,193 priority patent/US5841300A/en
Priority to US09/887,065 priority patent/US6590425B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3216409B2 publication Critical patent/JP3216409B2/en
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  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、ノイズに強く、かつ完全相補
型スタティックCMOS回路より高速な回路を提供する
ことある。 【構成】P型論理ブロックとN型論理ブロックにより、
完全相補型スタティックCMOS回路を構成し、このスタテ
ィックCMOS回路の出力をプリチャージ素子により電
源電位にプリチャージする。 【効果】信号伝搬遅延が生じるのをN型論理ブロックが
導通する場合にのみであるため回路動作が高速になる。
また、α線ノイズや電荷再分配あるいはリーク電流によ
るノイズが発生を抑制することができる。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide a circuit that is resistant to noise and is faster than a fully complementary static CMOS circuit. [Structure] A P-type logical block and an N-type logical block
A completely complementary static CMOS circuit is constructed, and the output of this static CMOS circuit is precharged to the power supply potential by a precharge element. [Effect] Since the signal propagation delay occurs only when the N-type logic block is conductive, the circuit operation becomes faster.
Further, it is possible to suppress the generation of α-ray noise, charge redistribution, or noise due to leak current.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータの構成要素
である中央データ処理装置,周辺装置,メモリ装置等を
形成する半導体集積回路装置に適用される。特に本発明
は、並列処理計算機,宇宙用半導体集積回路装置等、高
信頼性,高性能が要求される装置に適する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a semiconductor integrated circuit device forming a central data processing device, a peripheral device, a memory device and the like which are components of a computer. In particular, the present invention is suitable for devices that require high reliability and high performance, such as parallel processing computers and space semiconductor integrated circuit devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータの性能は著しく向上
している。この進歩を支える代表的な回路技術として完
全相補型スタティックCMOS(Complementary metal
oxidesemiconductor)回路が挙げられる。バイポーラ回
路に比較して消費電力が小さい上に高集積性に優れる。
完全相補型スタティックCMOS回路は周知の如くP型
のMOSトランジスタで構成するP型の論理ブロックと
N型のMOSトランジスタで構成するN型の論理ブロッ
クとが直列接続され、2つの論理ブロックが相補動作す
る。出力信号の立上り時間はPMOSトランジスタの特
性に依存し、出力信号の立下り時間はNMOSトランジ
スタの特性に依存する。ところで、一般にPMOSトラ
ンジスタの利得係数βはNMOSトランジスタの利得係
数βに比較して小さい。したがって、PMOSトランジ
スタとNMOSトランジスタのチャネル幅とチャネル長
を等しく設計した場合には、出力信号の立上り時間は立
下り時間より遅い。逆に、出力信号の立上り時間と立下
り時間を等しくするには、PMOSトランジスタのチャ
ネル幅をNMOSトランジスタのチャネル幅より大きく
する必要があり、入力容量の増加と面積の増加を招く。
2. Description of the Related Art In recent years, the performance of computers has improved remarkably. As a typical circuit technology that supports this progress, perfect complementary static CMOS (Complementary metal)
oxide semiconductor) circuit. It consumes less power than a bipolar circuit and is highly integrated.
As is well known, in a fully complementary static CMOS circuit, a P-type logic block composed of P-type MOS transistors and an N-type logic block composed of N-type MOS transistors are connected in series, and two logic blocks operate in a complementary manner. To do. The rise time of the output signal depends on the characteristics of the PMOS transistor, and the fall time of the output signal depends on the characteristics of the NMOS transistor. By the way, generally, the gain coefficient β of the PMOS transistor is smaller than the gain coefficient β of the NMOS transistor. Therefore, when the channel width and the channel length of the PMOS transistor and the NMOS transistor are designed to be equal, the rise time of the output signal is later than the fall time. On the contrary, in order to make the rise time and the fall time of the output signal equal, it is necessary to make the channel width of the PMOS transistor larger than the channel width of the NMOS transistor, which causes an increase in input capacitance and an increase in area.

【0003】この完全相補型スタティックCMOS回路
の問題点を解決しようとする回路の一例として、CMO
Sドミノ論理回路が挙げられる(R.H.KRAMBECK,CHARLES
M.LEE and HUNG−FAI STEPHEN LAW,“High−Speed Comp
act Circuits with CMOS,"IEEE JOURNAL OF SOLID−STA
TE CIRCUITS,VOL.SC−17,NO.3,JUNE 1982)。CMOSドミノ
回路の一例を図9に示す。CMOSドミノ回路は、NM
OSトランジスタのみによって論理を構成するダイナミ
ック回路である。したがって、信号の伝搬遅延はNMO
Sトランジスタの特性に依存する。完全相補型スタティ
ックCMOS回路で問題となるP型論理ブロックによる
遅延時間の増加の問題はない。また、N型論理ブロック
のみによって論理を構成するために、入力容量と回路内
部の寄生容量が小さいため高速であり、面積も小さい。
ところが、CMOSドミノ回路には次の3つの問題点が
ある。第1は、CMOSドミノ回路がダイナミック回路
である故に、α線ノイズに弱いことである。図10に回
路図と動作波形を示す。CMOSドミノ回路は回路に入
力されるクロック信号がロウレベルの期間にプリチャー
ジ動作し、ハイレベルの期間に論理が伝搬する。クロッ
ク信号がハイレベルの論理判定期間に入力信号がロウレ
ベルの場合、ノードA点はハイレベルでありA点の電荷
はダイナミック的に保持される。この時、N型トランジ
スタ100のドレインにα線があたるとA点の電荷が放
電され、A点の電位レベルが下がる。放電された電荷を
充電するパスがないので、一度下がった電位レベルはも
とにもどらず誤動作となる。第2は、CMOSドミノ回
路がダイナミック回路である故に、リーク電流ノイズに
弱いことである。クロック信号がハイレベルの論理判定
期間に入力信号がロウレベルの場合、ノードA点はハイ
レベルでありA点の電荷はダイナミック的に保持され
る。この時、N型トランジスタを介してリーク電流によ
りA点の電荷が放電され、A点の電位レベルが下がる。
放電された電荷を充電するパスがないので、一度下がっ
た電位レベルはもとにもどらず誤動作となる。第3は、
図11に示す電荷再分配の問題である。CMOSドミノ
回路のノードA点の容量をCA,ノードB点の容量をC
Bとする。論理判定期間1の時、入力信号Aはロウレベ
ル、入力信号Bはハイレベルとすると、ノードA点の電
位はハイレベル“Vdd”,ノードB点の電位はロウレ
ベル“0V”である。プリチャージ期間にNMOSトラ
ンジスタ101,102はオフしているので、ノードA
点の電位はハイレベル“Vdd”,ノードBは“0V”
のままである。次に、論理判定期間2になって、入力信
号AがハイレベルになるとNMOSトランジスタAがオ
ンし、ノードA点とノードB点との間で電荷の再分配が
行われ、A点及びB点の電位は“(CA/(CA+C
B))Vdd”となる。CAとCBの容量がほぼ等しい
場合には、A点及びB点は電位は約“(1/2)Vd
d”となり誤動作となる。
As an example of a circuit for solving the problem of the completely complementary static CMOS circuit, a CMO is used.
S Domino logic circuit (RHKRAMBECK, CHARLES
M.LEE and HUNG-FAI STEPHEN LAW, "High-Speed Comp
act Circuits with CMOS, "IEEE JOURNAL OF SOLID-STA
TE CIRCUITS, VOL.SC-17, NO.3, JUNE 1982). An example of the CMOS domino circuit is shown in FIG. CMOS domino circuit is NM
It is a dynamic circuit that constitutes logic only by OS transistors. Therefore, the signal propagation delay is NMO.
It depends on the characteristics of the S transistor. There is no problem of increase in delay time due to the P-type logic block, which is a problem in the fully complementary static CMOS circuit. Further, since the logic is configured only by the N-type logic block, the input capacitance and the parasitic capacitance inside the circuit are small, so that the operation speed is high and the area is small.
However, the CMOS domino circuit has the following three problems. First, since the CMOS domino circuit is a dynamic circuit, it is vulnerable to α-ray noise. FIG. 10 shows a circuit diagram and operation waveforms. In the CMOS domino circuit, the precharge operation is performed while the clock signal input to the circuit is low level, and the logic propagates during the high level period. When the input signal is at the low level during the logic determination period when the clock signal is at the high level, the node A point is at the high level and the electric charge at the point A is dynamically retained. At this time, if the α-ray hits the drain of the N-type transistor 100, the electric charge at the point A is discharged and the potential level at the point A is lowered. Since there is no path for charging the discharged electric charge, the potential level once lowered does not return to the original and causes a malfunction. Secondly, since the CMOS domino circuit is a dynamic circuit, it is vulnerable to leak current noise. When the input signal is at the low level during the logic determination period when the clock signal is at the high level, the node A point is at the high level and the electric charge at the point A is dynamically retained. At this time, the electric charge at the point A is discharged by the leak current through the N-type transistor, and the potential level at the point A is lowered.
Since there is no path for charging the discharged electric charge, the potential level once lowered does not return to the original and causes a malfunction. Third,
This is the problem of charge redistribution shown in FIG. The capacitance of the node A of the CMOS domino circuit is CA, and the capacitance of the node B is C.
Let B. When the input signal A is low level and the input signal B is high level in the logic determination period 1, the potential at the node A is high level “Vdd” and the potential at the node B is low level “0V”. Since the NMOS transistors 101 and 102 are off during the precharge period, the node A
The potential at the point is high level “Vdd”, and the node B is “0V”
It remains. Next, in the logic determination period 2, when the input signal A becomes high level, the NMOS transistor A is turned on, the charge is redistributed between the node A and the node B, and the points A and B are distributed. The potential of "(CA / (CA + C
B)) Vdd ”. When the capacitances of CA and CB are almost equal, the potentials at points A and B are approximately“ (1/2) Vd ”.
d ”, which causes malfunction.

【0004】CMOSドミノ回路の問題点であるα線ノ
イズ,リーク電流や電荷再分配の問題を解決する手段と
して、図12に示す帰還型プルアップPMOSトランジ
スタ103を追加する方法が提案されている。ダイナミ
ックノードのA点を帰還型プルアップPMOS103 で弱くプ
ルアップすることによりα線ノイズや電荷再分配で放電
される電荷を補償する。しかし、N型論理ブロック10
4がノードA点をロウレベルに電荷を引き抜く際に、帰
還型プルアップPMOSトランジスタ103がこれを妨
げる。貫通電流が流れて消費電力が増加するばかりか回
路のスイッチング速度が著しく低下する。したがって、
この手段は高速性を損なうために、回路の高速性が必要
なシステムには適用できない。
A method of adding a feedback pull-up PMOS transistor 103 shown in FIG. 12 has been proposed as a means for solving the problems of α-ray noise, leak current and charge redistribution, which are the problems of the CMOS domino circuit. The point A of the dynamic node is weakly pulled up by the feedback pull-up PMOS 103 to compensate the α-ray noise and the charge discharged by the charge redistribution. However, the N-type logic block 10
The feedback pull-up PMOS transistor 103 prevents this when the node 4 draws the electric charge from the node A to the low level. Not only does the through current flow, power consumption increases, but also the switching speed of the circuit significantly decreases. Therefore,
Since this means impairs high speed, it cannot be applied to a system that requires high speed circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記したように、完全
相補型スタティックCMOS回路より高速な回路として
CMOSドミノ回路が提案されているがノイズに弱いと
いう問題があった。逆に、ノイズに強くするためにプル
アップPMOSトランジスタを追加すると高速性が損な
われてしまう。本発明が解決しようとする課題は、高対
ノイズ性と高速性を両立することにある。すなわち本発
明の目的は、ノイズに強く、かつ完全相補型スタティッ
クCMOS回路より高速な回路を提供することある。
As described above, the CMOS domino circuit has been proposed as a higher speed circuit than the completely complementary static CMOS circuit, but there is a problem that it is vulnerable to noise. On the other hand, if a pull-up PMOS transistor is added to make it resistant to noise, high speed performance will be impaired. The problem to be solved by the present invention is to achieve both high noise resistance and high speed. That is, an object of the present invention is to provide a circuit which is resistant to noise and which is faster than a completely complementary static CMOS circuit.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】図1に課題を解決するた
めの手段を示す。ソースおよびドレインが第1の電源端
子111と第1の内部端子109との間に直列または並
列に接続され、ゲートが入力端子108に接続される1
つ以上のP型電界効果トランジスタからなるP型論理ブ
ロック105と、ソースおよびドレインが第2の電源端
子112と第1の内部端子109との間に直列または並
列に接続され、ゲートが入力端子108に接続される1
つ以上のN型電界効果トランジスタからなるN型論理ブ
ロック106とからなり、P型論理ブロック105とN
型論理ブロック106は相補動作する完全相補型スタテ
ィックCMOS回路を構成する。第1の内部端子109
と出力端子139との間にはインバータ回路138が直
列接続される。また、ソースおよびドレインがN型論理
ブロック106と第2の電源端子112とに接続されゲ
ートにクロック信号CKが入力されるN型電界効果トラ
ンジスタ137が接続され、第1の内部端子109を第
1の電源電位にプリチャージする第1のプリチャージ素
子107が、第1の電源端子111と第1の内部端子1
09との間に接続される。プリチャージ素子107の制
御端子にはクロック信号CKが入力される。
Means for Solving the Problems FIG. 1 shows means for solving the problems. The source and the drain are connected in series or in parallel between the first power supply terminal 111 and the first internal terminal 109, and the gate is connected to the input terminal 108. 1
A P-type logic block 105 including one or more P-type field effect transistors, a source and a drain are connected in series or in parallel between the second power supply terminal 112 and the first internal terminal 109, and a gate is the input terminal 108. Connected to
An N-type logic block 106 including one or more N-type field effect transistors, and a P-type logic block 105 and N
The type logic block 106 constitutes a completely complementary static CMOS circuit which operates in a complementary manner. First internal terminal 109
An inverter circuit 138 is connected in series between the output terminal 139 and the output terminal 139. Further, the source and drain are connected to the N-type logic block 106 and the second power supply terminal 112, and the gate is connected to the N-type field effect transistor 137 to which the clock signal CK is input. The first precharge element 107 that precharges the power supply potential of the first power supply terminal 111 and the first internal terminal 1
It is connected to 09. The clock signal CK is input to the control terminal of the precharge element 107.

【0007】[0007]

【作用】まず、図1にて、本発明回路の動作を説明す
る。本回路のN型電界効果トランジスタ137と第1の
プリチャージ素子107にはクロック信号CKが入力さ
れる。ここで、第1の電源端子111の電位をVdd
(以後ハイレベルと呼ぶ)とし、第2の電源端子112
の電位をVss(以後ロウレベルと呼ぶ)とする。クロ
ック信号CKの電位がロウレベルの期間に第1の内部端
子109の電位はハイレベルにプリチャージされ、出力
端子139の電位はロウレベルとなる。本回路が論理の
判定動作を行うのはクロック信号CKがハイレベルの期
間である。クロック信号CKの電位がロウレベルのプリ
チャージ期間に入力信号が変化しても出力端子139の
電位はロウレベルのまま変化しない。クロック信号CK
の電位がハイレベルの論理判定期間に入力信号がロウレ
ベルからハイレベルへと変化し、N型論理ブロック10
6によって第1の内部端子109から第2の電源端子11
2への直列パスが導通する場合に出力端子139の電位
はハイレベルへと変化する。すなわち、本回路の信号伝
搬遅延は、N型論理ブロック106が導通する場合にの
み生じる。前記したように、N型電界効果トランジスタ
の利得係数βは、P型電界効果トランジスタの利得係数
βに比較して高いので、すなわちN型論理ブロック10
6が導通する場合にのみ信号伝搬遅延を生じる本回路は
高速である。また、P型論理ブロックを構成するP型電
界効果トランジスタは、N型論理ブロック106のリー
ク電流や外的ノイズ電流を補償すればよく、大きな負荷
駆動力は必要ないので、P型論理ブロックを構成するP
型電界効果トランジスタのチャネル幅はN型電界効果ト
ランジスタのチャネル幅に比較して、50%以下程度に
十分小さく設計することができる。一方、従来技術であ
る完全相補型スタティックCMOS回路の場合は、利得
係数βがN型電界効果トランジスタより小さいP型電界
効果トランジスタの負荷駆動力をN型電界効果トランジ
スタと等しくするために、P型電界効果トランジスタチ
ャネル幅をN型電界効果トランジスタのチャネル幅の2
倍程度に大きく設計する。P型電界効果トランジスタの
チャネル幅がN型電界効果トランジスタのチャネル幅の
50%以下である本発明回路の入力容量は、P型電界効
果トランジスタのチャネル幅をN型電界効果トランジス
タのチャネル幅の2倍程度に大きく設計しないと高速性
が得られない完全相補型スタティックCMOS回路の入
力容量の50%と小さい。よって、ファンアウト容量が
完全相補型スタティックCMOS回路より小さくなり、
より高い高速性が得られる。更に、P型電界効果トラン
ジスタのチャネル幅が小さいことによって、P型電界効
果トランジスタの拡散容量が完全相補型スタティックC
MOS回路より小さい。このことも、本発明回路の高速
動作を可能ならしめる重要な要因である。
First, the operation of the circuit of the present invention will be described with reference to FIG. The clock signal CK is input to the N-type field effect transistor 137 and the first precharge element 107 of this circuit. Here, the potential of the first power supply terminal 111 is set to Vdd
(Hereinafter referred to as high level), and the second power supply terminal 112
Is set to Vss (hereinafter referred to as low level). While the potential of the clock signal CK is low level, the potential of the first internal terminal 109 is precharged to high level, and the potential of the output terminal 139 is low level. This circuit performs the logic determination operation during the period when the clock signal CK is at the high level. Even if the input signal changes during the precharge period when the potential of the clock signal CK is low level, the potential of the output terminal 139 remains low level. Clock signal CK
The input signal changes from the low level to the high level during the logic determination period in which the potential of the
6 from the first internal terminal 109 to the second power supply terminal 11
The potential of the output terminal 139 changes to a high level when the series path to 2 becomes conductive. That is, the signal propagation delay of this circuit occurs only when the N-type logic block 106 becomes conductive. As described above, since the gain coefficient β of the N-type field effect transistor is higher than the gain coefficient β of the P-type field effect transistor, that is, the N-type logic block 10
The circuit is fast, which causes a signal propagation delay only when 6 is conducting. Further, the P-type field effect transistor forming the P-type logic block only needs to compensate for the leak current and the external noise current of the N-type logic block 106 and does not require a large load driving force. P
The channel width of the N-type field effect transistor can be designed to be sufficiently smaller than about 50% as compared with the channel width of the N-type field effect transistor. On the other hand, in the case of the fully complementary static CMOS circuit of the prior art, in order to make the load driving force of the P-type field effect transistor whose gain coefficient β is smaller than that of the N-type field effect transistor equal to that of the N-type field effect transistor, The field effect transistor channel width is set to 2 of the channel width of the N-type field effect transistor.
Design twice as large. The input capacitance of the circuit of the present invention in which the channel width of the P-type field effect transistor is 50% or less of the channel width of the N-type field effect transistor has a channel width of the P-type field effect transistor that is 2 times that of the N-type field effect transistor. It is as small as 50% of the input capacitance of the fully complementary static CMOS circuit that cannot obtain high speed unless it is designed to be twice as large. Therefore, the fan-out capacitance is smaller than that of the fully complementary static CMOS circuit,
Higher speed can be obtained. Further, since the channel width of the P-type field effect transistor is small, the diffusion capacitance of the P-type field effect transistor is completely complementary static C.
It is smaller than the MOS circuit. This is also an important factor that enables the high speed operation of the circuit of the present invention.

【0008】また、本発明回路の他の効果は、高い耐ノ
イズ性である。本発明回路は、前記したごとくP型電界
効果トランジスタからなるP型論理ブロック105と、
N型電界効果トランジスタからなるN型論理ブロック1
06とが第1の電源端子111と第2の電源端子112と
の間に直列接続され、P型論理ブロック105とN型論
理ブロック106は相補動作する完全相補型スタティッ
クCMOS回路を構成している。したがって、本発明回
路は、前記従来技術例のCMOSドミノ回路のようなダ
イナミック動作はせず、あくまでもスタティック動作を
する。したがって、リーク電流,α線ノイズや電荷再分
配あるいは電源線や信号線によるノイズが、本発明回路
に発生しても、スタティックな相補動作をするP型論理
ブロック105とN型論理ブロック106とが第1の内
部端子109を第1あるいは第2の電源電位に常にプル
アップあるいはプルダウンしていることによって、ノイ
ズの発生を最小限に抑え込むことができる。あるいは、
仮にノイズによって出力電位が反転してもこれを正しい
電位レベルに戻すことができる。
Another effect of the circuit of the present invention is high noise resistance. The circuit of the present invention includes the P-type logic block 105 including the P-type field effect transistor as described above.
N-type logic block 1 including N-type field effect transistor
06 is connected in series between the first power supply terminal 111 and the second power supply terminal 112, and the P-type logic block 105 and the N-type logic block 106 form a completely complementary static CMOS circuit that operates complementarily. . Therefore, the circuit of the present invention does not perform a dynamic operation like the CMOS domino circuit of the above-mentioned prior art example, but performs a static operation. Therefore, even if leak current, α-ray noise, charge redistribution, or noise due to the power supply line or the signal line is generated in the circuit of the present invention, the P-type logic block 105 and the N-type logic block 106 that perform static complementary operation are generated. By always pulling up or pulling down the first internal terminal 109 to the first or second power supply potential, it is possible to minimize the occurrence of noise. Alternatively,
Even if the output potential is inverted due to noise, it can be returned to the correct potential level.

【0009】より高速な回路性能を実現するには、P型
論理ブロック105を構成するP型電界効果トランジス
タのチャネル幅は小さいほど望ましい。一方、耐ノイズ
性を高くするには、P型電界効果トランジスタのチャネ
ル幅をある値以上に設定する必要がある。したがって、
P型電界効果トランジスタのチャネル幅は、本発明回路
を適用するシステムが要求する高速性と対ノイズ性の両
面から決定する必要がある。商用品レベルの一般的な使
用環境では、P型論理ブロック105を構成するP型電
界効果トランジスタのチャネル幅は、N型論理ブロック
106を構成するN型電界効果トランジスタのチャネル
幅の50%以下程度に小さく設計しても十分な耐ノイズ
性を得ることができる。以下、本発明回路をスタティッ
クドミノ型CMOS論理回路と呼ぶ。
In order to realize higher speed circuit performance, it is preferable that the channel width of the P-type field effect transistor forming the P-type logic block 105 is smaller. On the other hand, in order to improve the noise resistance, it is necessary to set the channel width of the P-type field effect transistor to a certain value or more. Therefore,
The channel width of the P-type field effect transistor needs to be determined from both the high speed and the noise resistance required by the system to which the circuit of the present invention is applied. In a general use-level environment, the channel width of the P-type field effect transistor forming the P-type logic block 105 is about 50% or less of the channel width of the N-type field effect transistor forming the N-type logic block 106. Even if it is designed small, sufficient noise resistance can be obtained. Hereinafter, the circuit of the present invention will be referred to as a static domino type CMOS logic circuit.

【0010】[0010]

【実施例】図2は本発明より構成される並列計算機シス
テムの一例を示したものである。プロセッサおよびメモ
リよりなる複数個の中央演算処理装置119が、結合ネ
ットワーク120によって結合され1つの計算機システ
ムを構成している。また、中央演算処理装置119はハ
ードデスク121にも接続される。複数個の中央演算処
理装置119を結合することによって、1つの中央演算
処理装置119から構成されるシステムの何倍も高性能
な計算機システムを実現することができる。ここで、中
央演算処理装置119は、数個から数千個結合されるこ
とがある。これらの、中央演算処理装置119が長期間
故障することなく稼働するためには、各々の中央演算処
理装置119が高い信頼性を持つものでなければならな
い。また、より高性能な並列計算機システムを実現する
ためには、各々の中央演算処理装置119が高い性能を
持たなければならない。すなわち、この並列計算機シス
テム例に示すところの中央演算処理装置119は、高い
信頼性と高速性を合わせ持つ必要がある。このような特
性を持つ中央演算処理装置119を実現する手段とし
て、高い耐ノイズ性と高速性を合わせ持つ本発明回路が
適している。
FIG. 2 shows an example of a parallel computer system constructed according to the present invention. A plurality of central processing units 119 including processors and memories are connected by a connection network 120 to form one computer system. The central processing unit 119 is also connected to the hard desk 121. By connecting a plurality of central processing units 119, it is possible to realize a computer system having a performance that is many times higher than that of a system composed of one central processing unit 119. Here, the central processing unit 119 may be connected to several to several thousands. In order for these central processing units 119 to operate without failure for a long period of time, each central processing unit 119 must have high reliability. Further, in order to realize a higher performance parallel computer system, each central processing unit 119 must have high performance. That is, the central processing unit 119 shown in this parallel computer system example must have high reliability and high speed. As a means for realizing the central processing unit 119 having such characteristics, the circuit of the present invention having high noise resistance and high speed is suitable.

【0011】図3は、図2に示す中央演算処理装置11
9の内部構成の一例であリ、1チップまたは複数のチッ
プで構成される。内部の構成要素は、浮動小数点レジス
タファイル122,浮動小数点加算器123,浮動小数
点乗算器124,浮動小数点除算器125,汎用レジス
タ126,ALU127,ALU128,アドレス加算器129,デ
ータキャッシュ130,データTLB131,命令TLB132,命
令キャッシュ133等である。浮動小数点レジスタ12
2および汎用レジスタ126は、データキャッシュ13
0と結合され、アドレス加算器129および命令制御ユ
ニット135が命令キャッシュ133と結合される。デ
ータキャッシュ130と命令キャッシュ133は、複数
個の外部端子136よりデータをアクセスする。浮動小
数点演算器122〜125は、第1のローカルバスある
いはローカルパスにて結合される。整数演算器126〜
129は、第2のローカルバスあるいはローカルパスに
て結合される。かかる構成をとる中央演算処理装置11
9において、本発明回路は主として122〜135の各
ユニットを構成する内部回路に用いられる。また、場合
によっては、各ユニットを結合するバッファ回路や外部
チップとの入出力回路に適用される。
FIG. 3 shows the central processing unit 11 shown in FIG.
9 is an example of the internal configuration, and is composed of one chip or a plurality of chips. The internal components are the floating point register file 122, the floating point adder 123, the floating point multiplier 124, the floating point divider 125, the general registers 126, ALU127, ALU128, the address adder 129, the data cache 130, the data TLB131, The instruction TLB 132, the instruction cache 133, and the like. Floating point register 12
2 and the general-purpose register 126 are used for the data cache 13
Combined with 0, address adder 129 and instruction control unit 135 are combined with instruction cache 133. The data cache 130 and the instruction cache 133 access data from a plurality of external terminals 136. The floating point arithmetic units 122 to 125 are connected by the first local bus or local path. Integer calculator 126-
129 are coupled by the second local bus or local path. Central processing unit 11 having such a configuration
9, the circuit of the present invention is mainly used as an internal circuit which constitutes each unit of 122 to 135. In addition, depending on the case, it is applied to a buffer circuit that couples each unit or an input / output circuit with an external chip.

【0012】また、本発明回路は、計算機システム以外
にも、信頼性と高速性が必要な他のシステムにも、適用
することができる。
The circuit of the present invention can be applied not only to computer systems but also to other systems that require high reliability and high speed.

【0013】図4は、前記図1に示す本発明回路を複数
個直列接続した一例である。このように、本発明回路を
複数個直列接続した場合の回路動作を以下説明する。本
実施例では、プリチャージ素子はP型電界効果トランジ
スタ107で構成する。プリチャージ期間にはクロック
信号CKがロウレベルとなり、N型電界効果トランジス
タ137はオフし、P型電界効果トランジスタよりなる
プリチャージ素子107はオンするので、出力端子11
6,117,118は全てロウレベルとなる。したがっ
て、スタティックドミノ型CMOS論理回路113,1
14,115のN型論理ブロックは全てオフする。論理
判定期間にはクロック信号CKがハイレベルとなり、N
型電界効果トランジスタ137はオンし、P型電界効果
トランジスタよりなるプリチャージ素子107はオフす
る。この時例えばスタティックドミノ型CMOS論理回
路113のN型論理ブロックがオンしたとすると出力端
子116がハイレベルとなる。入力信号に従ってスタテ
ィックドミノ型CMOS論理回路114のN型論理ブロ
ックがオンしたとすると出力端子117がハイレベルと
なる。このようにして、信号がドミノ倒しのように次々
と伝搬していく。信号は利得係数βの大きいN型論理ブ
ロックの動作により伝搬するので、高速性が得られる。
FIG. 4 shows an example in which a plurality of the circuits of the present invention shown in FIG. 1 are connected in series. The circuit operation when a plurality of circuits according to the present invention are connected in series in this manner will be described below. In this embodiment, the precharge element is composed of the P-type field effect transistor 107. During the precharge period, the clock signal CK becomes low level, the N-type field effect transistor 137 is turned off, and the precharge element 107 composed of the P-type field effect transistor is turned on. Therefore, the output terminal 11
6, 117 and 118 are all at low level. Therefore, the static domino type CMOS logic circuits 113, 1
All of the N-type logic blocks 14 and 115 are turned off. During the logic determination period, the clock signal CK becomes high level and N
The type field effect transistor 137 is turned on, and the precharge element 107 made of a P type field effect transistor is turned off. At this time, for example, if the N type logic block of the static domino type CMOS logic circuit 113 is turned on, the output terminal 116 becomes high level. When the N-type logic block of the static domino type CMOS logic circuit 114 is turned on according to the input signal, the output terminal 117 becomes high level. In this way, signals propagate one after another like dominoes. Since the signal propagates by the operation of the N-type logic block having a large gain coefficient β, high speed can be obtained.

【0014】図5は、(a)に示す論理をトランジスタ
レベルの回路図(b)で示した一例である。図5(a)
に示すOR回路161,162,163は、図5(b)
に示す回路161,162,163にそれぞれ対応し、
図5(a)に示すバッファ回路164は図5(b)に示
す回路164に対応する。
FIG. 5 shows an example in which the logic shown in FIG. 5A is shown in a transistor level circuit diagram in FIG. Figure 5 (a)
The OR circuits 161, 162, 163 shown in FIG.
Corresponding to the circuits 161, 162, 163 shown in
The buffer circuit 164 shown in FIG. 5A corresponds to the circuit 164 shown in FIG.

【0015】本発明からなるスタティックドミノ型CM
OS論理回路は、プリチャージ動作の期間は論理判定動
作を実行できないという問題があるが、次の構成をとる
ことにより、連続した論理判定動作が可能であることを
説明する。図6はクロックの1周期に動作するスタティ
ックドミノ型CMOS論理回路の構成例である。クロッ
ク信号はCK1とCK2の2相クロックを用いた場合に
ついて示している。論理回路はスタティックドミノ型C
MOS論理回路で構成する前段の論理回路群168と、
同じくスタティックドミノ型CMOS論理回路で構成す
る後段の論理回路群169とからなる。1サイクル論理
の始点と終点には、クロック信号CK2に同期して動作す
るラッチ回路165,167をそれぞれ接続する。前段
の論理回路群168と後段の論理回路群169の間には
クロック信号CK1に同期して動作するラッチ回路16
6を接続する。前段の論理回路群168のスタティック
ドミノ型CMOS論理回路はクロック信号CK1に接続
され、後段の論理回路群169のスタティックドミノ型
CMOS論理回路はクロック信号CK2に接続される。
クロック信号CK1がハイレベル,クロック信号CK2
がロウレベルの時には、前段の論理回路群168は論理
判定期間であり信号が伝搬しており、後段の論理回路群
169はプリチャージ期間であり、後段の全ての出力端
子はロウレベルとなる。一方、クロック信号CK1がロ
ウレベル,クロック信号CK2がハイレベルの時には、
前段の論理回路群168はプリチャージ期間であり、全
ての出力端子はロウレベルとなり、後段の論理回路群1
69は論理判定期間であり信号が伝搬している。このよ
うに、1サイクルの論理を前段と後段に分け、プリチャ
ージ動作と論理判定動作を半サイクル毎に交互に行うこ
とによって、1サイクルにわたる連続した論理判定動作
を実行することが可能となる。
Static domino type CM according to the present invention
The OS logic circuit has a problem that it cannot execute the logic judgment operation during the precharge operation, but it will be explained that the OS logic circuit can perform continuous logic judgment operations by adopting the following configuration. FIG. 6 shows a configuration example of a static domino type CMOS logic circuit which operates in one clock cycle. The clock signal shows the case where a two-phase clock of CK1 and CK2 is used. Logic circuit is static domino type C
A preceding logic circuit group 168 composed of MOS logic circuits;
Similarly, it is composed of a logic circuit group 169 in the subsequent stage which is composed of a static domino type CMOS logic circuit. Latch circuits 165 and 167 that operate in synchronization with the clock signal CK2 are connected to the start point and the end point of the 1-cycle logic, respectively. A latch circuit 16 that operates in synchronization with the clock signal CK1 is provided between the logic circuit group 168 in the front stage and the logic circuit group 169 in the rear stage.
Connect 6 The static domino CMOS logic circuit of the logic circuit group 168 in the front stage is connected to the clock signal CK1, and the static domino CMOS logic circuit of the logic circuit group 169 in the rear stage is connected to the clock signal CK2.
Clock signal CK1 is high level, clock signal CK2
Is low level, the logic circuit group 168 in the previous stage is in the logic determination period and the signal is propagating, the logic circuit group 169 in the subsequent stage is in the precharge period, and all the output terminals in the subsequent stage are at the low level. On the other hand, when the clock signal CK1 is low level and the clock signal CK2 is high level,
The preceding logic circuit group 168 is in the precharge period, all output terminals are at the low level, and the following logic circuit group 1
69 is a logic determination period in which a signal propagates. In this way, by dividing the logic of one cycle into the front stage and the rear stage and alternately performing the precharge operation and the logic determination operation every half cycle, it becomes possible to execute the continuous logic determination operation for one cycle.

【0016】次に、本発明よりなるスタティックドミノ
型CMOS論理回路と、従来技術である完全相補型CM
OS回路を混在して構成する一実施例について説明す
る。図7に1クロックサイクルで動作する論理ブロック
構成図を示す。まず、前段の論理ブロックは、完全相補
型CMOS回路よりなる論理ブロック170からなり、
後段の論理ブロックは完全相補型CMOS回路よりなる
論理ブロック171からなる。始点と終点にはクロック
信号CK1に接続されるラッチ回路165と167をそれ
ぞれ接続する。前段の論理ブロック170と後段の論理
ブロック171の間にはクロック信号CK2に接続され
るラッチ回路166を接続する。前段の論理ブロック1
70と後段の論理ブロック171の間には本発明よりな
るスタティックドミノ型CMOS論理回路により構成す
る論理ブロック172が接続される。論理ブロック17
2と論理ブロック171の間にはラッチ回路173を接
続し、論理ブロック172とラッチ回路173はクロッ
ク信号CK2に接続する。かかる構成において、クロッ
ク信号CK1がハイレベル,クロック信号CK2がロウ
レベルの時には論理ブロック172はプリチャージ動作
をし、クロック信号CK1がロウレベル,クロック信号
CK2がハイレベル時には論理ブロック172は論理判定
動作を実行する。前段の論理ブロック170から論理ブ
ロック172に至るパスにおいては、クロック信号CK
2がロウレベルの期間内に論理ブロック172の入力信
号が確定する必要がある。また、論理ブロック172か
ら論理ブロック171に至るパスにおいては、クロック
信号CK2がハイレベルの期間内にラッチ回路173の
入力信号が確定する必要がある。
Next, the static domino type CMOS logic circuit according to the present invention and the conventional complete complementary type CM.
An embodiment in which OS circuits are mixed and configured will be described. FIG. 7 shows a block diagram of a logical block that operates in one clock cycle. First, the logic block in the preceding stage is composed of a logic block 170 composed of a completely complementary CMOS circuit,
The subsequent logic block is composed of a logic block 171 composed of a completely complementary CMOS circuit. Latch circuits 165 and 167 connected to the clock signal CK1 are connected to the start point and the end point, respectively. A latch circuit 166 connected to the clock signal CK2 is connected between the preceding logic block 170 and the following logic block 171. Previous logic block 1
A logic block 172 composed of a static domino type CMOS logic circuit according to the present invention is connected between 70 and the logic block 171 in the subsequent stage. Logic block 17
The latch circuit 173 is connected between 2 and the logic block 171, and the logic block 172 and the latch circuit 173 are connected to the clock signal CK2. In such a configuration, the logic block 172 performs a precharge operation when the clock signal CK1 is at a high level and the clock signal CK2 is at a low level, and the logic block 172 performs a logic determination operation when the clock signal CK1 is at a low level and the clock signal CK2 is at a high level. To do. In the path from the logic block 170 in the preceding stage to the logic block 172, the clock signal CK
It is necessary to determine the input signal of the logic block 172 within the period in which 2 is low level. In the path from the logic block 172 to the logic block 171, the input signal of the latch circuit 173 needs to be determined within the period when the clock signal CK2 is at the high level.

【0017】図8は、本発明よりなるスタティックドミ
ノ型CMOS論理回路と、従来技術である完全相補型C
MOS回路を混在して構成する他の実施例について説明
する。図8に1クロックサイクルで動作する論理ブロッ
ク構成図を示す。まず、前段の論理ブロックは、本発明
よりなるスタティックドミノ型CMOS論理回路により
構成する論理ブロック172と完全相補型CMOS回路
よりなるCMOSブロック170からなり、後段の論理
ブロックは完全相補型CMOS回路よりなるCMOSブ
ロック171からなる。前段の論理ブロック172と論
理ブロック170の間にはラッチ回路165を接続し、
論理ブロック172とラッチ回路165はクロック信号
CK1に接続する。論理ブロック170と論理ブロック
171の間にはラッチ回路166を接続し、1サイクル
論理の終点にはラッチ回路167を接続する。ラッチ回
路166はクロック信号CK2に接続し、ラッチ回路1
67はクロック信号CK1に接続する。かかる構成にお
いて、クロック信号CK1がハイレベル,クロック信号
CK2がロウレベルの時には論理ブロック172は論理
判定動作を実行し、クロック信号CK1がロウレベル,
クロック信号CK2がハイレベル時には論理ブロック1
72はプリチャージ動作する。論理ブロック172の入
力信号はクロック信号CK1がロウレベルの期間内に確
定する必要があり、ラッチ回路166の入力信号はクロ
ック信号CK1がハイレベルの期間内に確定する必要が
ある。
FIG. 8 shows a static domino type CMOS logic circuit according to the present invention and a fully complementary C type circuit of the prior art.
Another embodiment in which MOS circuits are mixed and configured will be described. FIG. 8 shows a block diagram of a logic block that operates in one clock cycle. First, the logic block in the former stage is composed of a logic block 172 formed by the static domino type CMOS logic circuit according to the present invention and a CMOS block 170 composed of a completely complementary CMOS circuit, and the latter logic block is composed of a completely complementary CMOS circuit. It is composed of a CMOS block 171. A latch circuit 165 is connected between the preceding logic block 172 and the logic block 170,
The logic block 172 and the latch circuit 165 are connected to the clock signal CK1. A latch circuit 166 is connected between the logic block 170 and the logic block 171, and a latch circuit 167 is connected to the end point of the 1-cycle logic. The latch circuit 166 is connected to the clock signal CK2, and the latch circuit 1
67 is connected to the clock signal CK1. In such a configuration, when the clock signal CK1 is at the high level and the clock signal CK2 is at the low level, the logic block 172 executes the logic determination operation, and the clock signal CK1 is at the low level.
Logic block 1 when clock signal CK2 is at high level
72 performs a precharge operation. The input signal of the logic block 172 needs to be determined within the period of low level of the clock signal CK1, and the input signal of the latch circuit 166 needs to be determined within the period of high level of the clock signal CK1.

【0018】図13は本発明よりなるスタティックドミ
ノ型CMOS論理回路による4OR回路の実施例であ
る。図1と図13の部品の対応関係から回路の構成につ
いて説明する。図1のP型論理ブロック105は図13
の4段直列接続されたP型電界効果トランジスタ140
に対応する。図1のN型論理ブロック106は図13の
4段並列接続されたN型電界効果トランジスタ141に
対応する。図1のN型電界効果トランジスタ137は図
13のN型電界効果トランジスタ137に、図1のプリ
チャージ素子107は図13のP型電界効果トランジス
タ107にそれぞれ対応する。108が入力端子、13
9が出力端子である。4OR回路はP型電界効果トラン
ジスタが4段に直列接続されるので、P型電界効果トラ
ンジスタの利得係数βが低いことによるスイッチング速
度への影響が大きく、内部端子109の立上り遅延時間が
大きい。したがって、4OR回路のようにP型電界効果
トランジスタが多段に直列接続されるOR系の回路で、
本発明のスタティックドミノ型CMOS論理回路の高速
化の効果が顕著にあらわれる。図14に本回路のレイア
ウト図を示す。図13の回路図の部品を示す数字は、図
14の対応する部品に同じ数字で示している。縦軸,横
軸の目盛はレイアウトピッチで示している。図14では
図面の見易さのために縦横の単位ピッチ長さが異なるよ
うに描かれているが、実際の縦横の単位ピッチ長さは等
しいとする。このレイアウトによれば、横が9ピッチ、
縦が14ピッチであり、セルの面積は126平方ピッチ
である。図13に示すスタティックドミノ型CMOS論
理回路による4OR回路と同じ論理を完全相補型CMO
Sスタティック回路で構成した例を図15に、そのレイ
アウト例を図16に示す。このレイアウトによれば、横
が7ピッチ、縦が18ピッチであり、セルの面積は12
6平方ピッチである。図13のスタティックドミノ型C
MOS論理回路による4OR回路は、完全相補型CMO
Sスタティック回路に比較してトランジスタ数が2個多
いにも拘らず、レイアウト面積を等しくすることができ
る。これは、スタティックドミノ型CMOS論理回路で
は、P型電界効果トランジスタのチャネル幅を十分小さ
く設計することでより高速性が達成されるので、トラン
ジスタ数の増加による横方向の増加分を縦方向野長さを
縮小することで相殺している。
FIG. 13 shows an embodiment of a 4OR circuit using a static domino type CMOS logic circuit according to the present invention. The circuit configuration will be described based on the correspondence between the components shown in FIGS. The P-type logic block 105 shown in FIG.
Four-stage P-type field effect transistor 140 connected in series
Corresponding to. The N-type logic block 106 in FIG. 1 corresponds to the N-type field effect transistor 141 connected in parallel in four stages in FIG. The N-type field effect transistor 137 of FIG. 1 corresponds to the N-type field effect transistor 137 of FIG. 13, and the precharge element 107 of FIG. 1 corresponds to the P-type field effect transistor 107 of FIG. 108 is an input terminal, 13
9 is an output terminal. In the 4OR circuit, since the P-type field effect transistors are connected in series in four stages, the low gain coefficient β of the P-type field effect transistors has a large effect on the switching speed and the rise delay time of the internal terminal 109 is large. Therefore, in an OR system circuit in which P-type field effect transistors are connected in series in multiple stages like a 4OR circuit,
The effect of increasing the speed of the static domino type CMOS logic circuit of the present invention is remarkable. FIG. 14 shows a layout diagram of this circuit. The numbers indicating the parts in the circuit diagram of FIG. 13 are the same as the corresponding parts in FIG. The scale on the vertical and horizontal axes is indicated by the layout pitch. In FIG. 14, the vertical and horizontal unit pitch lengths are drawn differently for the sake of easy viewing of the drawing, but it is assumed that the actual vertical and horizontal unit pitch lengths are the same. According to this layout, the width is 9 pitches,
The height is 14 pitches, and the cell area is 126 square pitches. The same logic as the 4OR circuit by the static domino type CMOS logic circuit shown in FIG.
FIG. 15 shows an example of an S static circuit, and FIG. 16 shows an example of its layout. According to this layout, the width is 7 pitches and the height is 18 pitches, and the cell area is 12
It is 6 square pitch. Static domino type C of FIG.
The 4OR circuit composed of MOS logic circuits is a completely complementary CMO.
Although the number of transistors is two more than that of the S static circuit, the layout areas can be equalized. This is because in the static domino type CMOS logic circuit, higher speed can be achieved by designing the channel width of the P-type field effect transistor to be sufficiently small. It is offset by reducing the size.

【0019】図17は、スタティックドミノ型CMOS
論理回路による4ビット加算器の一実施例である。14
0はP型論理ブロック、141はN型論理ブロック、1
07はプリチャージ用P型電界トランジスタ、137は
プリチャージ時の貫通電流を防止するN型電界トランジ
スタ、110はプリチャージ信号入力端子、139は出
力端子である。入力信号と出力信号の論理的意味は、
“Neil H. E. Weste andKamran Eshraghian著:Princip
les of CMOS VLSI Design ”に開示されているように以
下のように表される。
FIG. 17 shows a static domino type CMOS.
It is an example of a 4-bit adder using a logic circuit. 14
0 is a P-type logical block, 141 is an N-type logical block, 1
Reference numeral 07 is a P-type electric field transistor for precharging, 137 is an N-type electric field transistor for preventing a through current at the time of precharging, 110 is a precharge signal input terminal, and 139 is an output terminal. The logical meaning of input signal and output signal is
“Neil HE Weste and Kamran Eshraghian: Princip
It is represented as follows as disclosed in "les of CMOS VLSI Design".

【0020】i番目の桁上げCiは、次式のように表現
される。
The i-th carry Ci is expressed by the following equation.

【0021】Ci=Gi+Pi×Ci-1 ここで、 Gi=Ai×Bi (生成信号) Pi=Ai+Bi (伝搬信号) である。C i = G i + P i × C i-1 Here, G i = A i × B i (generated signal) P i = A i + B i (propagation signal).

【0022】4ビットの場合には、次式の項が得られ
る。
In the case of 4 bits, the following term is obtained.

【0023】C1=G1+P102=G2+P21+P2103=G3+P32+P321+P32104=G4+P43+P432+P4321+P43
2104に着目すると次式のように表現できる。
C 1 = G 1 + P 1 C 0 C 2 = G 2 + P 2 G 1 + P 2 P 1 C 0 C 3 = G 3 + P 3 G 2 + P 3 P 2 G 1 + P 3 P 2 P 1 C 0 C 4 = G 4 + P 4 G 3 + P 4 P 3 G 2 + P 4 P 3 P 2 G 1 + P 4 P 3
Focusing on P 2 P 1 C 0 C 4 , it can be expressed as the following equation.

【0024】 C4=G4+P4(G3+P3(G2+P2(G1+P10))) この関数を回路的に実現したものが図17である。この
関数はP型論理ブロック140,N型論理ブロック14
1,出力インバータ138で構成される。本実施例の4
ビット加算器を完全相補型スタティックCMOS回路で
構成すると、第1の電源端子111から内部端子109
までにP型電界効果トランジスタが5段直列接続され
る。したがって、内部端子109の立上り遅延時間が極
めて大きくなる。スタティックドミノ型CMOS論理回
路による4ビット加算器は、プリチャージ動作によって
内部端子109の電圧をあらかじめ立上げておくので、
完全相補型スタティックCMOS回路ように内部端子1
09の立上り時間が大きいという問題はなく、高速性が
えられる。
C 4 = G 4 + P 4 (G 3 + P 3 (G 2 + P 2 (G 1 + P 1 C 0 ))) FIG. 17 shows a circuit implementation of this function. This function is a P-type logic block 140, an N-type logic block 14
1, an output inverter 138. 4 of this embodiment
When the bit adder is composed of a completely complementary static CMOS circuit, the first power supply terminal 111 to the internal terminal 109
Up to this, five P-type field effect transistors are connected in series. Therefore, the rising delay time of the internal terminal 109 becomes extremely long. Since the 4-bit adder using the static domino type CMOS logic circuit raises the voltage of the internal terminal 109 in advance by the precharge operation,
Internal terminal 1 as a fully complementary static CMOS circuit
There is no problem that the rise time of 09 is long, and high speed can be obtained.

【0025】図18に示す実施例の基本的な回路構成は
図17の実施例に同じである。図18の実施例では、N
型論理ブロックを構成するN型電界効果トランジスタの
各ノード142〜145,109をそれぞれのP型電界
効果トランジスタでプリチャージし、プリチャージ時間
を高速化すると同時に電荷再分配による回路性能への影
響を小さくしている。
The basic circuit configuration of the embodiment shown in FIG. 18 is the same as that of the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 18, N
The nodes 142 to 145 and 109 of the N-type field effect transistor which form the N-type logic block are precharged by the respective P-type field effect transistors to speed up the precharge time and at the same time to affect the circuit performance by the charge redistribution. I'm making it small.

【0026】図19は図18に示す実施例のトランジス
タ数を削減したものである。図18の実施例において
は、P型論理ブロックを完全相補論理で構成している
が、本実施例はノード145と入力信号P4の論理信号
を用いることによって、P型論理ブロックのP型電界効
果トランジスタの数を33%に削減している。
FIG. 19 is a diagram in which the number of transistors in the embodiment shown in FIG. 18 is reduced. In the embodiment of FIG. 18, the P-type logic block is configured by the completely complementary logic, but in the present embodiment, the P-type field effect of the P-type logic block is obtained by using the node 145 and the logic signal of the input signal P4. The number of transistors has been reduced to 33%.

【0027】[0027]

【発明の効果】図1において、プリチャージの期間に内
部端子109の電位はプリチャージ素子107によって
ハイレベルにプリチャージされる。論理判定期間に入力
信号がロウレベルからハイレベルへと変化し、N型論理
ブロック106によって内部端子109から第2の電源
端子112への直列パスが導通する場合に内部端子109
の電位はロウレベルへと変化する。一方、論理判定期間
に入力信号がロウレベルのまま変化せず、P型論理ブロ
ック105によって内部端子109から第1の電源端子
111への直列パスが導通している場合には内部端子1
09の電位はハイレベルのまま変化しない。すなわち、
本回路の信号伝搬遅延は、N型論理ブロック106が導
通する場合にのみ生じる。前記したように、N型電界効
果トランジスタの利得係数βは、P型電界効果トランジ
スタの利得係数βに比較して高いので、すなわちN型論
理ブロック106が導通する場合にのみ信号伝搬遅延を
生じるために本回路は高速である。また、P型論理ブロ
ックはノイズ電流を補償することが目的であり、大きな
負荷駆動力は必要ない。したがって、P型論理ブロック
を構成するP型電界効果トランジスタのチャネル幅はN
型電界効果トランジスタのチャネル幅に比較して、50
%以下程度に十分小さく設計することもできる。高速性
を狙った完全相補型スタティックCMOS回路の場合
は、P型電界効果トランジスタのチャネル幅をN型電界
効果トランジスタのチャネル幅の2倍程度に大きく設計
する場合がある。P型電界効果トランジスタのチャネル
幅をN型電界効果トランジスタのチャネル幅の50%倍
程度に設計しても高速性が得られる本発明回路の入力容
量は、P型電界効果トランジスタのチャネル幅をN型電
界効果トランジスタのチャネル幅の2倍程度に大きく設
計しないと高速性が得られない完全相補型スタティック
CMOS回路の入力容量の50%と小さい。よって、フ
ァンアウト容量が完全相補型スタティックCMOS回路
より小さくなり、より高い高速性が得られる。更に、P
型電界効果トランジスタのチャネル幅が小さいことによ
って、P型電界効果トランジスタの拡散容量が完全相補
型スタティックCMOS回路より小さい。このことも、
本発明回路の高速動作を可能ならしめる。
In FIG. 1, the potential of the internal terminal 109 is precharged to a high level by the precharge element 107 during the precharge period. When the input signal changes from the low level to the high level during the logic determination period and the N-type logic block 106 makes the series path from the internal terminal 109 to the second power supply terminal 112 conductive, the internal terminal 109 is closed.
Potential changes to low level. On the other hand, when the input signal does not change to the low level during the logic determination period and the series path from the internal terminal 109 to the first power supply terminal 111 is conducted by the P-type logic block 105, the internal terminal 1
The potential of 09 remains high level and does not change. That is,
The signal propagation delay of this circuit occurs only when the N-type logic block 106 becomes conductive. As described above, the gain coefficient β of the N-type field effect transistor is higher than the gain coefficient β of the P-type field effect transistor, that is, the signal propagation delay occurs only when the N-type logic block 106 becomes conductive. This circuit is fast. Further, the P-type logic block has the purpose of compensating for the noise current and does not require a large load driving force. Therefore, the channel width of the P-type field effect transistor forming the P-type logic block is N.
50 compared to the channel width of a field effect transistor
It can be designed to be sufficiently small, such as about 10% or less. In the case of a completely complementary static CMOS circuit aiming at high speed, the channel width of the P-type field effect transistor may be designed to be twice as large as the channel width of the N-type field effect transistor. Even if the channel width of the P-type field effect transistor is designed to be about 50% of the channel width of the N-type field effect transistor, high speed can be obtained. If the design is made to be twice as large as the channel width of the type field effect transistor, high speed cannot be obtained, which is as small as 50% of the input capacitance of the fully complementary static CMOS circuit. Therefore, the fan-out capacitance becomes smaller than that of the fully complementary static CMOS circuit, and higher speed can be obtained. Furthermore, P
Since the channel width of the p-type field effect transistor is small, the diffusion capacitance of the p-type field effect transistor is smaller than that of the fully complementary static CMOS circuit. This also
The high speed operation of the circuit of the present invention is possible.

【0028】また、本発明回路の他の効果は、高い耐ノ
イズ性である。本発明回路は、前記したごとくP型電界
効果トランジスタからなるP型論理ブロック105と、
N型電界効果トランジスタからなるN型論理ブロック1
06とが第1の電源端子111と第2の電源端子112と
の間に直列接続され、P型論理ブロック105とN型論
理ブロック106は相補動作する完全相補型スタティッ
クCMOS回路を構成している。したがって、本発明回
路は、前記従来技術例のCMOSドミノ回路のようなダ
イナミック動作はせず、あくまでもスタティック動作を
する。したがって、α線ノイズや電荷再分配あるいは電
源線や信号線によるノイズが本発明回路に発生しても、
スタティックな相補動作をするP型論理ブロック105
とN型論理ブロック106とが内部端子109を第1あ
るいは第2の電源電位に常にプルアップあるいはプルダ
ウンしていることによって、ノイズの発生を最小限に抑
え込むことができる。あるいは、仮にノイズによって出
力電位が反転してもこれを正しい電位レベルに戻すこと
ができる。
Another effect of the circuit of the present invention is high noise resistance. The circuit of the present invention includes the P-type logic block 105 including the P-type field effect transistor as described above.
N-type logic block 1 including N-type field effect transistor
06 is connected in series between the first power supply terminal 111 and the second power supply terminal 112, and the P-type logic block 105 and the N-type logic block 106 form a completely complementary static CMOS circuit that operates complementarily. . Therefore, the circuit of the present invention does not perform a dynamic operation like the CMOS domino circuit of the above-mentioned prior art example, but performs a static operation. Therefore, even if α ray noise, charge redistribution, or noise due to the power supply line or the signal line is generated in the circuit of the present invention,
P-type logic block 105 that performs static complementary operation
Since the N-type logic block 106 and the N-type logic block 106 always pull up or pull down the internal terminal 109 to the first or second power supply potential, noise generation can be minimized. Alternatively, even if the output potential is inverted due to noise, it can be returned to the correct potential level.

【0029】より高速な回路性能を実現するには、P型
論理ブロック105を構成するP型電界効果トランジス
タのチャネル幅は小さいほど望ましい。一方、耐ノイズ
性を高くするには、P型電界効果トランジスタのチャネ
ル幅をある値以上に設定する必要がある。したがって、
P型電界効果トランジスタのチャネル幅は、本発明回路
を適用するシステムが要求する高速性と対ノイズ性の両
面から決定する必要がある。商用品レベルの一般的な使
用環境では、P型論理ブロック105を構成するP型電
界効果トランジスタのチャネル幅は、N型論理ブロック
106を構成するN型電界効果トランジスタのチャネル
幅の50%以下程度に小さく設計しても十分な耐ノイズ
性を得ることができる。
In order to realize higher speed circuit performance, it is preferable that the channel width of the P-type field effect transistor forming the P-type logic block 105 is smaller. On the other hand, in order to improve the noise resistance, it is necessary to set the channel width of the P-type field effect transistor to a certain value or more. Therefore,
The channel width of the P-type field effect transistor needs to be determined from both the high speed and the noise resistance required by the system to which the circuit of the present invention is applied. In a general use-level environment, the channel width of the P-type field effect transistor forming the P-type logic block 105 is about 50% or less of the channel width of the N-type field effect transistor forming the N-type logic block 106. Even if it is designed small, sufficient noise resistance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した回路例及びその動作を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit to which the present invention is applied and its operation.

【図2】本発明を適用した並列計算機システムの一実施
例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a parallel computer system to which the present invention is applied.

【図3】図2に示したシステムの中央演算処理装置の一
実施例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a central processing unit of the system shown in FIG.

【図4】本発明を適用した回路を複数個直列接続した例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which a plurality of circuits to which the present invention is applied are connected in series.

【図5】本発明を適用した回路を複数個用いた他の例を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example using a plurality of circuits to which the present invention is applied.

【図6】本発明を適用したスタティックドミノ型CMO
S論理回路一実施例を示す。
FIG. 6 is a static domino type CMO to which the present invention is applied.
An example of an S logic circuit is shown.

【図7】本発明を適用した1クロックサイクルで動作す
る論理ブロックの構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a logic block operating in one clock cycle to which the present invention is applied.

【図8】本発明を適用した1クロックサイクルで動作す
る論理ブロックの他の構成例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of a logic block that operates in one clock cycle to which the present invention is applied.

【図9】従来のCMOSドミノ回路を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional CMOS domino circuit.

【図10】図9で示した回路の問題点を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a problem of the circuit shown in FIG.

【図11】従来のCMOSドミノ回路の他の問題点を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing another problem of the conventional CMOS domino circuit.

【図12】従来の他の回路例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another conventional circuit example.

【図13】本発明を適用した4OR回路の例を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a 4OR circuit to which the present invention is applied.

【図14】図13に示した回路のレイアウト例を示す図
である。
14 is a diagram showing a layout example of the circuit shown in FIG.

【図15】従来の4OR回路の例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of a conventional 4OR circuit.

【図16】図15で示した回路のレイアウト例を示す図
である。
16 is a diagram showing a layout example of the circuit shown in FIG.

【図17】本発明を適用した4ビット加算器の一実施例
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an embodiment of a 4-bit adder to which the present invention is applied.

【図18】本発明を適用した4ビット加算器の他の例を
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing another example of a 4-bit adder to which the present invention has been applied.

【図19】本発明を適用した4ビット加算器の他の例を
示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing another example of a 4-bit adder to which the present invention has been applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100〜102…NMOSトランジスタ、103…PM
OSトランジスタ、104…N型論理ブロック、105
…P型論理ブロック、106…N型論理ブロック、10
7…プリチャージ素子、108…入力端子、109…内
部端子、110…プリチャージ信号入力端子、111…第
1の電源端子、112…第2の電源端子、113,11
4,115…スタティックドミノ型CMOS論理回路、
116〜118…入出力端子、119…中央演算処理装
置、120…結合ネットワーク、121…ハードデス
ク、122…レジスタファイル、123…加算機、12
4…乗算器…125…除算器、126…レジスタ、12
7,128…ALU、129…アドレス加算器、130…
データキャッシュ、131,132…TLB、133…命
令キャッシュ、134…メモリ制御ユニット、135…
命令制御ユニット、136…外部ピン、137…N型電
界効果トランジスタ、138…インバータ、139…出
力端子、140…P型論理ブロック、141…N型論理
ブロック、142〜145…内部ノード、147…イン
バータ、161,162,163,164…スタティッ
クドミノ型CMOS論理回路、165,166,167
…ラッチ回路、168,169…スタティックドミノ型
CMOS論理回路よりなる論理ブロック、170,17
1…完全相補型CMOS回路よりなる論理ブロック、1
72…スタティックドミノ型CMOS論理回路よりなる
論理ブロック、173…ラッチ回路。
100 to 102 ... NMOS transistor, 103 ... PM
OS transistor, 104 ... N-type logic block, 105
... P-type logic block, 106 ... N-type logic block, 10
7 ... Precharge element, 108 ... Input terminal, 109 ... Internal terminal, 110 ... Precharge signal input terminal, 111 ... First power supply terminal, 112 ... Second power supply terminal, 113, 11
4, 115 ... Static domino type CMOS logic circuit,
116 to 118 ... Input / output terminals, 119 ... Central processing unit, 120 ... Coupling network, 121 ... Hard desk, 122 ... Register file, 123 ... Adder, 12
4 ... Multiplier ... 125 ... Divider, 126 ... Register, 12
7, 128 ... ALU, 129 ... Address adder, 130 ...
Data cache, 131, 132 ... TLB, 133 ... Instruction cache, 134 ... Memory control unit, 135 ...
Command control unit, 136 ... External pin, 137 ... N-type field effect transistor, 138 ... Inverter, 139 ... Output terminal, 140 ... P-type logic block, 141 ... N-type logic block, 142-145 ... Internal node, 147 ... Inverter , 161, 162, 163, 164 ... Static domino type CMOS logic circuit, 165, 166, 167
... Latch circuit, 168, 169 ... Logic block composed of static domino type CMOS logic circuit, 170, 17
1 ... Logic block composed of a completely complementary CMOS circuit, 1
72 ... Logic block composed of static domino type CMOS logic circuit, 173 ... Latch circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 弘道 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiromichi Yamada Inventor Hiromichi Yamada 1-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の電界効果トランジスタが同一の半導
体基盤上に形成された半導体集積回路装置において、ソ
ースおよびドレインが第1の電源端子と第1の内部端子
との間に直列または並列に接続され、ゲートが入力端子
に接続される1つ以上のP型電界効果トランジスタから
なる第1のP型論理ブロックと、ソースおよびドレイン
が第2の電源端子と該第1の内部端子との間に直列また
は並列に接続され、ゲートが入力端子に接続される1つ
以上のN型電界効果トランジスタからなる第1のN型論
理ブロックとからなり、該第1のP型論理ブロックと該
第1のN型論理ブロックは相補型論理回路を構成し、ゲ
ートが該第1の内部端子に接続されソースおよびドレイ
ンが第1の電源端子と出力端子との間に接続される第1
のP型電界効果トランジスタと、ゲートが該第1の内部
端子に接続されソースおよびドレインが第2の電源端子
と出力端子との間に接続される第1のN型電界効果トラ
ンジスタとからなり、該第1のP型電界効果トランジス
タと該第1のN型電界効果トランジスタはインバータ回
路を構成し、該第1の内部端子を第1の電源電位にプリ
チャージする第1のプリチャージ素子が第1の電源端子
と該第1の内部端子との間に接続され、該第1のプリチ
ャージ素子は第1のプリチャージ信号によって制御され
ることを特徴とするスタティックドミノ型CMOS論理
回路を有する半導体集積回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit device having a plurality of field effect transistors formed on the same semiconductor substrate, wherein a source and a drain are connected in series or in parallel between a first power supply terminal and a first internal terminal. A first P-type logic block having one or more P-type field effect transistors whose gate is connected to an input terminal, and a source and a drain between the second power supply terminal and the first internal terminal. A first N-type logic block, which is connected in series or in parallel and has one or more N-type field effect transistors whose gates are connected to an input terminal, the first N-type logic block and the first P-type logic block; The N-type logic block constitutes a complementary logic circuit, and has a gate connected to the first internal terminal and a source and a drain connected between the first power supply terminal and the output terminal.
And a first N-type field effect transistor having a gate connected to the first internal terminal and a source and a drain connected between a second power supply terminal and an output terminal, The first P-type field effect transistor and the first N-type field effect transistor form an inverter circuit, and a first precharge element that precharges the first internal terminal to a first power supply potential is a first precharge element. A semiconductor having a static domino type CMOS logic circuit connected between a first power supply terminal and the first internal terminal, and the first precharge element is controlled by a first precharge signal. Integrated circuit device.
【請求項2】請求項第1項において、該第1のN型論理
ブロックと第2の電源端子との間にソースおよびドレイ
ンが直列接続され、ゲートが該第1のプリチャージ信号
によって制御される第2のN型電界効果トランジスタを
接続することを特徴とするスタティックドミノ型CMO
S論理回路を有する半導体集積回路装置。
2. The source and drain are connected in series between the first N-type logic block and a second power supply terminal, and the gate is controlled by the first precharge signal. Static domino CMO characterized by connecting a second N-type field effect transistor
A semiconductor integrated circuit device having an S logic circuit.
【請求項3】請求項第1項において、該第1のプリチャ
ージ素子は、ソースおよびドレインが第1の電源端子と
該第1の内部端子との間に接続され、ゲートが該第1の
プリチャージ信号によって制御される第2のP型電界効
果トランジスタであることを特徴とするスタティックド
ミノ型CMOS論理回路を有する半導体集積回路装置。
3. The first precharge element according to claim 1, wherein a source and a drain of the first precharge element are connected between a first power supply terminal and the first internal terminal, and a gate of the first precharge element is connected to the first internal terminal. A semiconductor integrated circuit device having a static domino type CMOS logic circuit, which is a second P type field effect transistor controlled by a precharge signal.
【請求項4】請求項第1項において、第1のP型論理ブ
ロックを構成するP型電界効果トランジスタのチャネル
幅が、第1のN型論理ブロックを構成するN型電界効果
トランジスタのチャネル幅より小さいことを特徴とする
スタティックドミノ型CMOS論理回路を有する半導体集積
回路装置。
4. The channel width of the P-type field effect transistor forming the first P-type logic block is the channel width of the N-type field effect transistor forming the first N-type logic block. A semiconductor integrated circuit device having a static domino CMOS logic circuit characterized by being smaller.
【請求項5】請求項第1項に記載されるところのスタテ
ィックドミノ型CMOS論理回路を複数有し、第1のク
ロック信号に同期して動作するデータ処理装置におい
て、該第1のプリチャージ信号は該第1のクロック信号
あるいは該第1のクロック信号の反転信号であることを
特徴とする半導体集積回路装置。
5. A data processor having a plurality of static domino type CMOS logic circuits according to claim 1, which operates in synchronization with a first clock signal, wherein the first precharge signal is used. Is a first clock signal or an inverted signal of the first clock signal.
【請求項6】請求項第1項において、該第1のプリチャ
ージ素子は、ソースおよびドレインが第1の電源端子と
該第1の内部端子との間に接続され、ゲートが該第1の
プリチャージ信号によって制御される第3のN型電界効
果トランジスタであることを特徴とするスタティックド
ミノ型CMOS論理回路を有する半導体集積回路装置。
6. The first precharge element according to claim 1, wherein a source and a drain of the first precharge element are connected between a first power supply terminal and the first internal terminal, and a gate of the first precharge element is connected to the first internal terminal. A semiconductor integrated circuit device having a static domino CMOS logic circuit, which is a third N-type field effect transistor controlled by a precharge signal.
【請求項7】請求項第1項において、該第1のプリチャ
ージ素子は、該第1の内部端子とは並列に該第1のN型
論理ブロックを構成する複数のN型電界効果トランジス
タ間の1つ以上の内部端子に接続されることを特徴とす
るスタティックドミノ型CMOS論理回路を有する半導体集
積回路装置。
7. The first precharge element according to claim 1, wherein the first precharge element is arranged between a plurality of N-type field effect transistors which form the first N-type logic block in parallel with the first internal terminal. A semiconductor integrated circuit device having a static domino type CMOS logic circuit, characterized in that the semiconductor integrated circuit device is connected to one or more internal terminals of the.
【請求項8】請求項第1項において、該第1のP型論理
ブロックと該第1のN型論理ブロックは完全な相補型論
理回路を構成せず該第1のP型論理ブロックを構成する
P型電界効果トランジスタの数は該第1のN型論理ブロ
ックを構成するN型電界効果トランジスタの数より少な
いことを特徴とするスタティックドミノ型CMOS論理
回路を有する半導体集積回路装置。
8. The first P-type logic block according to claim 1, wherein the first P-type logic block and the first N-type logic block do not form a complete complementary logic circuit but form the first P-type logic block. A semiconductor integrated circuit device having a static domino CMOS logic circuit, wherein the number of P-type field effect transistors to be used is smaller than the number of N-type field effect transistors forming the first N-type logic block.
【請求項9】請求項第1項に記載されるところのスタテ
ィックドミノ型CMOS論理回路と完全相補型スタティ
ックCMOS論理回路とを複数有し、該スタティックド
ミノ型CMOS論理回路と完全相補型スタティックCM
OS論理回路とを混在して構成するデータ処理装置にお
いて、該スタティックドミノ型CMOS論理回路の出力
端子と完全相補型スタティックCMOS論理回路の入力
端子との間には第1のラッチ回路が接続され、該スタテ
ィックドミノ型CMOS論理回路と該第1のラッチ回路
には同一のクロック信号が接続されることを特徴とする
半導体集積回路装置。
9. A static domino type CMOS logic circuit as claimed in claim 1 and a plurality of completely complementary static CMOS logic circuits, the static domino type CMOS logic circuit and a completely complementary static CM.
In a data processing device having a mixture of OS logic circuits, a first latch circuit is connected between an output terminal of the static domino CMOS logic circuit and an input terminal of the completely complementary static CMOS logic circuit, A semiconductor integrated circuit device, wherein the same clock signal is connected to the static domino type CMOS logic circuit and the first latch circuit.
【請求項10】請求項第1項に記載されるところのスタ
ティックドミノ型CMOS論理回路と完全相補型スタテ
ィックCMOS論理回路とを複数有し、該スタティック
ドミノ型CMOS論理回路と完全相補型スタティックC
MOS論理回路とを混在して構成するデータ処理装置に
おいて、完全相補型スタティックCMOS論理回路の出
力端子と該スタティックドミノ型CMOS論理回路の入
力端子との間には第2のラッチ回路が接続され、該スタ
ティックドミノ型CMOS論理回路に接続される第1の
クロック信号と該第2のラッチ回路に接続される第2の
クロック信号は互いに反転信号であることを特徴とする
半導体集積回路装置。
10. A static domino type CMOS logic circuit according to claim 1 and a plurality of completely complementary static CMOS logic circuits, the static domino type CMOS logic circuit and a completely complementary static C circuit.
In a data processing device having a mixture of MOS logic circuits, a second latch circuit is connected between an output terminal of a completely complementary static CMOS logic circuit and an input terminal of the static domino CMOS logic circuit, A semiconductor integrated circuit device, wherein a first clock signal connected to the static domino type CMOS logic circuit and a second clock signal connected to the second latch circuit are mutually inverted signals.
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