JP2000049586A - Cmos出力回路 - Google Patents

Cmos出力回路

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JP2000049586A
JP2000049586A JP10225193A JP22519398A JP2000049586A JP 2000049586 A JP2000049586 A JP 2000049586A JP 10225193 A JP10225193 A JP 10225193A JP 22519398 A JP22519398 A JP 22519398A JP 2000049586 A JP2000049586 A JP 2000049586A
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gate
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mos transistor
channel mos
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JP10225193A
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Daisuke Sakata
大輔 坂田
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New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通電流を抑圧し、安定性、信頼性の向上を
図る。 【解決手段】 入力端子7の入力が論理値Lowから論理
値Highへ変わると、第1のNAND回路10の出力も論
理値Lowから論理値Highへ変化してゆき、第1の基準電
圧Vthpを越えると第1の比較器5の出力は、論理値Hig
hとなり、第1のAND回路11では論理和が成立して
出力は、論理値Highとなり、pチャンネルMOSトラン
ジスタ1に遅れてnチャンネルMOSトランジスタ2が
導通状態とされるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS(Complem
entary Metal Oxide Semiconductor)により構成されて
なる出力回路に係り、特に、いわゆる貫通電流の抑圧を
図ったものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の出力回路としては、例え
ば、図4に示されたような構成のものが公知・周知とな
っている。すなわち、この出力回路は、pチャンネルM
OSトランジスタP1と、nチャンエルMOSトランジ
スタN1とを有してなり、互いのゲート同士、また、互
いのドレイン同士が、それぞれ接続される一方、pチャ
ンネルMOSトランジスタP1のソースには、所定の電
源電圧VDDが、また、nチャンネルMOSトランジスタ
N1のソースには、所定の電源電圧VSSが、それぞれ印
加されるように構成されてなるものである。そして、こ
の回路は、ゲートに所定のスレッショルド電圧を越える
入力電圧が印加されると、pチャンネルMOSトランジ
スタP1は導通状態となり、nチャンネルMOSトラン
ジスタN1は非導通状態となる一方、ゲートに所定のス
レッショルド電圧を下回る入力電圧が印加されると、p
チャンネルMOSトランジスタP1は非導通状態とな
り、nチャンネルMOSトランジスタN1は導通状態と
なるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
出力回路においては、ゲートが共通であるため、入力信
号としてのゲート電圧が変化する際に、2つのMOSト
ランジスタP1,N1が共に導通状態となる区間が生じ、
その際、pチャンネルMOSトランジスタP1からnチ
ャンネルMOSトランジスタN1へいわゆる貫通電流が
流れる。そして、この貫通電流に起因して、電源電圧V
DD及びVSSを供給するそれぞれの電源に大きなパルス状
の電流が流れ、ノイズを発生させ、そのノイズにより回
路動作を不安定にしたり、また誤動作を誘因するという
問題があった。本発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、貫通電流を抑圧し、安定性、信頼性の高いCMO
S出力回路を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るCMOS出力回路は、pチャンネルMOSトランジス
タとnチャンネルMOSトランジスタとが直列接続され
て出力段を構成してなるCMOS出力回路において、前
記pチャンネルMOSトランジスタのゲート信号を発生
する第1のゲート駆動手段と、前記nチャンネルMOS
トランジスタのゲート信号を発生する第2のゲート駆動
手段と、第1の基準電圧と前記pチャンネルMOSトラ
ンジスタのゲート電圧とを比較し、前記pチャンネルM
OSトランジスタのゲート電圧が前記第1の基準電圧を
越える場合に論理値Highに対応する信号を出力する
第1の比較手段と、第2の基準電圧と前記nチャンネル
MOSトランジスタのゲート電圧とを比較し、前記nチ
ャンネルMOSトランジスタのゲート電圧が前記第2の
基準電圧を下回る場合に論理値Highに対応する信号
を出力する第2の比較手段と、を具備し、前記第1のゲ
ート駆動手段は、CMOS出力回路の入力が前記pチャ
ンネルMOSトランジスタを導通状態とする論理状態に
設定され、かつ、前記第2の比較手段の出力が論理値H
ighの状態である場合に、前記pチャンネルMOSト
ランジスタを導通状態とするゲート信号を出力し、前記
第2のゲート駆動手段は、CMOS出力回路の入力が前
記nチャンネルMOSトランジスタを導通状態とする論
理状態に設定され、かつ、前記第1の比較手段の出力が
論理値Highの状態である場合に、前記nチャンネル
MOSトランジスタを導通状態とするゲート信号を出力
するようにしてなるものである。
【0005】かかる構成においては、第1のゲート駆動
手段は、nチャンネルMOSトランジスタのゲート電圧
と第2の基準電圧とを比較する第2の比較手段の出力に
応じて、第2のゲート駆動手段は、pチャンネルMOS
トランジスタのゲート電圧と第1の基準電圧とを比較す
る第1の比較手段の出力に応じて、それぞれ動作するよ
うに構成し、第1及び第2の基準電圧を、2つのMOS
トランジスタが同時に導通することを回避できる適宜な
値に設定することで、貫通電流の発生を防げるようにし
たものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1乃至図3を参照しつつ説明する。なお、以下に
説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、この発明の実施の形態における基
本回路構成について、図1を参照しつつ説明する。この
CMOS出力回路S1は、従来と同様に直列接続された
pチャンネルMOSトランジスタ(図1においては「P
1」と表記)1及びnチャンネルMOSトランジスタ
(図1においては「N1」と表記)2と、第1のゲート
駆動回路(図1においては「DRV1」と表記)3と、
第2のゲート駆動回路(図1においては「DRV2」と
表記)4と、第1の比較器(図1においては「CMP
1」と表記)5と、第2の比較器(図1においては「C
MP2」と表記)6とを具備して構成されたものとなっ
ている。
【0007】第1のゲート駆動手段としての第1のゲー
ト駆動回路3は、所定条件の下で、pチャンネルMOS
トランジスタ(以下「PMOS」と言う)1を導通状態
とするゲート信号を出力するもので、その入力段には、
このCMOS出力回路S1への入力信号と、後述する第
2の比較器6の出力信号が印加されるようになってお
り、一方、出力段は、PMOS1のゲート及び第1の比
較器5の非反転入力端子に接続されている。そして、こ
の第1のゲート駆動回路3は、入力端子7への入力信号
が論理値Lowの状態で、かつ、第2の比較器6から後
述するように論理値Highに対応する信号が出力され
た場合に、PMOS1を導通状態とする論理値Lowに
対応する信号を出力するようになっている。
【0008】第2のゲート駆動手段としての第2のゲー
ト駆動回路4は、所定条件の下で、nチャンネルMOS
トランジスタ(以下「NMOS」と言う)2を導通状態
とするゲート信号を出力するもので、その入力段には、
入力端子7からの入力信号と、後述する第1の比較器5
の出力信号が印加されるようになっており、一方、出力
段は、NMOS2のゲート及び第2の比較器6の反転入
力端子に接続されている。そして、この第2のゲート駆
動回路4は、入力端子7への入力信号が論理値High
の状態で、かつ、第1の比較器5から後述するように論
理値Highに対応する信号が出力された場合に、NM
OS2を導通状態とする論理値Highに対応する信号
を出力するようになっている。
【0009】第1の比較手段としての第1の比較器5
は、例えばいわゆる演算増幅器を用いてなるもので、そ
の反転入力端子には、第1の基準電圧Vthpが印加され
るようになっている。この第1の基準電圧Vthpは、例
えばNMOS2のスレッショルド電圧より低い所定の値
に設定しておくと好適である。一方、第2の比較手段と
しての第2の比較器6も第1の比較器5同様に例えば演
算増幅器を用いてなるもので、その非反転入力端子に
は、第2の基準電圧Vthnが印加されるようになってい
る。この第2の基準電圧Vthnは、例えばPMOS1の
スレッショルド電圧より低い所定の値に設定しておくと
好適である。PMOS1とNMOS2は、出力段を構成
しており、相互にドレイン同士が接続され、その接続点
から出力信号が得られるようになっている。一方、PM
OS1のソースには、所定の電源電圧VDDが、NMOS
2のソースには、所定の電源電圧VSSが、それぞれ印加
されるようになっている。
【0010】次に、かかる構成における動作について説
明する。まず、入力端子7における入力信号が論理値L
owに対応する状態にある場合、第2のゲート駆動回路
4は、入力端子7への入力信号が論理値Highの状態
で、かつ、第1の比較器5の出力が論理値Highの状
態にある場合のみ論理値Highに対応する信号を出力
するものであるため、この場合、第2のゲート駆動回路
4からは、論理値Lowに対応する信号が出力されるこ
ととなる。したがって、NMOS2は非導通状態とさ
れ、第2の比較器6においては、第2の基準電圧Vthn
が、反転入力端子における論理値Lowに対応するレベ
ルに比して大であるため、第2の比較器6からは論理値
Highに対応する信号が出力され、第1のゲート駆動
回路3へ印加されることとなる。
【0011】一方、第1のゲート駆動回路3には、入力
端子7からの論理値Lowに対応する信号と、第2の比
較器6からの論理値Highに対応する信号がそれぞれ
入力される結果、先に述べたように、第1のゲート駆動
回路3からは、PMOS1に対して論理値Lowに対応
する信号が出力され、PMOS1は、導通状態とされ
る。
【0012】次に、かかる状態から入力端子7の入力信
号が、論理値Lowの状態から論理値Highの状態へ
遷移する際について考えると、まず、第1のゲート駆動
回路3においては、入力端子7からの入力信号が論理値
Lowの状態から論理値Highの状態へ遷移するに伴
い、この際、第2の比較器6の出力が未だ論理値Hig
hの状態のままであるので、第1のゲート駆動回路3の
出力も論理値Lowの状態から論理値Highの状態へ
上昇してゆくこととなる。この第1のゲート駆動回路3
の出力電位、すなわち、PMOS1のゲート電位が未だ
第1の基準電圧Vthpよりも低い場合には、第1の比較
器5は、論理値Lowの状態のままであるため、第2の
ゲート駆動回路4の出力も論理値Lowの状態のままと
なる。したがって、NMOS2も非導通状態のままであ
る。
【0013】そして、第1のゲート駆動回路3の出力が
更に上昇して、第1の基準電圧Vthpを越えると、第1
の比較器5の出力は論理値Highの状態となる。その
ため、第2のゲート駆動回路4における2つの入力段
は、共に論理値Highの状態となるので、第2のゲー
ト駆動回路4の出力は、論理値Highの状態となり、
NMOS2のゲート電圧が上昇してゆき、NMOS2は
導通状態とされる。このNMOS2が導通状態となった
時点においては、PMOS1は、完全に非導通状態とな
っているか、または、仮に完全な非導通状態でないとし
ても、完全な非導通状態となる直前であり、そのため、
従来と異なり、貫通電流が完全になくなるか、または、
若干の貫通電流が流れる程度となる。これは、第1の比
較器5の出力が論理値Highの状態となり、その結
果、第2のゲート駆動回路4の出力が論理値Highの
状態となり、さらに、NMOS2のゲート電位が、NM
OS2を導通状態とする電位に上昇するまでには、時間
的なずれがあり、その間、PMOS1のゲート電位は、
確実にPMOS1を非導通状態とする電位となっている
か、また、その電位に極近傍の状態となっているからで
ある。入力端子7が論理値Highの状態から論理値L
owの状態へ切り替わる場合にあっても、上述したと基
本的に同様にしてPMOS1とNMOS2の動作の切り
替えが行われるものである。
【0014】次に、より具体的な回路構成例について、
図2を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成
要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して
その詳細な説明は省略し、以下、異なる点を中心に説明
することとする。まず、このCMOS出力回路S2にお
いては、先の図1に示された第1のゲート駆動回路3に
対応する部分が、第1の反転回路8及び2入力端子を有
してなる第1のNAND回路10により構成される一
方、第2のゲート駆動回路4に対応する部分が、第1の
反転回路8、第2の反転回路9及び2入力端子を有して
なる第1のAND回路11により構成されたものとなっ
ており、第1の反転回路8は、第1のゲート駆動回路3
に対応する部分と第2のゲート駆動回路4に対応する部
分に共通の構成要素となっている。すなわち、入力端子
7に第1の反転回路8の入力段が接続され、第1の反転
回路8の出力段は、第1のNAND回路10の一方の入
力端子及び第2の反転回路9の入力段に、それぞれ接続
されている。第2の反転回路9の出力段は、第1のAN
D回路11の一方の入力段に接続されている。また、第
1のNAND回路10の他方の入力段には、第2の比較
器6の出力段が接続される一方、出力段は、PMOS1
のゲート及び第1の比較器5の非反転入力端子にそれぞ
れ接続されている。さらに、第1のAND回路11の他
方の入力段には、第1の比較器5の出力段が接続される
一方、出力段は、NMOS2のゲートに接続されてい
る。
【0015】次に、かかる構成における動作について説
明する。まず、入力端子7における入力信号が論理値L
owに対応する状態にある場合、第1のAND回路11
における一方の入力段は、論理値Lowの状態となるた
め、第1のAND回路11の出力信号も論理値Lowに
対応する状態となり、そのため、NMOS2は、非導通
状態となる。したがって、第2の比較器6の出力信号
は、論理値Highに対応する状態となる。一方、第1
のNAND回路10においては、一方の入力段は、第1
の反転回路8により論理値Highの状態とされると共
に、他方の入力段は、第2の比較器6により論理値Hi
ghの状態とされるため、論理値Lowに対応する信号
が出力されることとなる。したがって、PMOS1は導
通状態となる。
【0016】かかる状態において、入力端子7の入力信
号が、論理値Lowの状態から論理値Highの状態へ
遷移する際について考えると、第1のNAND回路10
においては、第1の反転回路8に接続された入力段が、
入力端子7における上記入力信号の切り替わりに伴い論
理値Highから論理値Lowへ変化するため、第1の
NAND回路10の出力信号は、論理値Lowから論理
値Highに対応する状態へ遷移してゆくこととなる。
この第1のNAND回路10の出力電位、すなわち、P
MOS1のゲート電位が未だ第1の基準電圧Vthpより
も低い場合には、第1の比較器5は、論理値Lowの状
態のままであるため、第1のAND回路11の出力も論
理値Lowの状態のままとなる。したがって、NMOS
2も非導通状態のままである。
【0017】そして、第1のNAND回路10の出力が
更に上昇して、第1の基準電圧Vthpを越えると、第1
の比較器5の出力は論理値Highの状態となる。その
ため、第1のAND回路11における2つの入力段は、
共に論理値Highの状態となるので、第1のAND回
路11の出力は、論理値Highの状態となり、NMO
S2のゲート電圧が上昇してゆき、NMOS2は導通状
態となる。入力端子7が論理値Highの状態から論理
値Lowの状態へ切り替わる場合にあっても、上述した
と基本的に同様にしてPMOS1とNMOS2の動作の
切り替えが行われるものである。
【0018】なお、上述の説明においては、第1の基準
電圧Vthpは、PMOS1のスレッショルド電圧以下の
所定値に、第2の基準電圧Vthnは、NMOS2のスレ
ッショルド電圧以下の所定値に、それぞれ設定されたも
のとして説明したが、多少とも貫通電流が許容できる場
合には、その許容範囲内で、これら第1及び第2の基準
電圧を適宜な値に設定してもよいものである。
【0019】また、PMOS1またはNMOS2が導通
状態となる瞬間に、それぞれのトランジスタのゲート・
ドレイン間のいわゆる寄生容量等の影響により、ドレイ
ン電圧の変化がゲート側における電位変化として現れ、
ゲート電位を比較する第1の比較器5、第2の比較器6
の動作が不安定になる(いわゆる出力信号の”ばたつ
き”の発生)ことがある。このような場合の対策とし
て、第1及び第2の比較器5,6は、それぞれいわゆる
ヒステリシス特性を有するものとすると好適である。
【0020】またさらに、第1の比較器5において、P
MOS1のゲート電圧を検出する箇所及び第2の比較器
6において、NMOS2のゲート電圧を検出する箇所
は、IC基板上のレイアウトを次のような観点から考慮
すると好適である。出力段のPMOS1及びNMOS2
は、IC基板におけるレイアウト上の専有面積が大きい
ため、これらのゲートへゲート信号を印加するためのい
わゆるゲート配線も比較的長いものとなり、ゲート信号
を発生する発生源に接続される部分と、この発生源に接
続された部位から離れた箇所に位置するゲート配線の部
位とでは、ゲート信号の変化にずれが生ずる。すなわ
ち、発生源に接続されたゲート配線の部位がいわゆるO
FF状態であっても、この部位から遠ざかったゲート配
線の部位においては、ゲートの抵抗や寄生容量等に起因
して、未だON状態である場合がある。そのため、PM
OS1またはNMOS2が確実にOFFであることを検
出するために、ゲート信号の発生源に接続された部位か
ら可能な限り離れたゲート配線の部位でゲート電位を検
出するようにすると好適である。
【0021】より具体的な例について、図3を参照しつ
つ説明すれば、同図は、CMOSのパターンレイアウト
例を示すものであるが、ここで、ゲート配線12の一端
(図3において符号イ参照)は、駆動側すなわち図示さ
れないゲート信号の発生源に接続される部分である。ゲ
ート配線12は、同図に示されたように、いわばジグザ
グ状に配設されて比較的長いものとなっている。そし
て、ゲート信号源を同一とするMOSトランジスタのゲ
ートが、ゲート配線12の適宜な箇所で接続されてい
る。かかる場合、ゲート電位を検出するゲート電位検出
点は、先の駆動側に近いゲート配線の部位イから離れ、
しかも、各MOSトランジスタのゲートとゲート配線1
2との接続点から離れた箇所、図3の例においては、部
位イと反対側のゲート配線12の端部近傍(図3の符号
ロ参照)とすると好適である。なお、図3において、S
はソースを、Dはドレインを、Gはゲートを、それぞれ
意味する。
【0022】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
2つのMOSトランジスタにより出力段が構成されてな
るCMOS出力回路において、それぞれのMOSトラン
ジスタへのゲート信号の印加が、それぞれ他方のMOS
トランジスタのゲート電位を考慮して行われるような構
成とすることにより、一方のMOSトランジスタが非導
通状態または非導通状態に極めて近い状態になってか
ら、他方のMOSトランジスタを導通状態とすることが
できるので、従来のようないわゆる貫通電流をなくし、
または、許容できる範囲に抑圧することが可能となり、
安定性、信頼性の高いCMOS出力回路を提供すること
ができる。貫通電流の抑圧がなされることにより、貫通
電流に起因する他の回路の誤動作を誘因することがなく
なり、より安定した装置を提供することができる。ま
た、請求項4記載の発明においては、上述の効果に加え
て、第1及び第2の比較手段の動作をより安定させるこ
とができ、さらなる信頼性の向上を図ることができる。
さらに、請求項5記載の発明においては、上述の効果に
加えて、ゲート電位の確実な検出ができ、第1及び第2
のゲート駆動手段による2つのMOSトランジスタの動
作切り替えをより確実なものとすることができるという
効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるCMOS出力回路
の基本構成を示す構成図である。
【図2】本発明の実施の形態におけるCMOS出力回路
の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図3】IC化におけるパターンレイアウト例を示す模
式図である。
【図4】従来の回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
1…pチャンネルMOSトランジスタ 2…nチャンネルMOSトランジスタ 3…第1のゲート駆動回路 4…第2のげート駆動回路 5…第1の比較器 6…第2の比較器 12…ゲート配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F048 AA07 AB03 AB07 AB10 AC03 BA01 CC02 CC08 5J055 AX27 AX55 AX56 AX64 BX16 CX24 DX22 DX56 DX72 DX83 EX07 EX21 EY22 EZ07 EZ10 EZ25 FX12 FX17 FX35 GX01 GX08 5J056 AA04 BB19 BB35 CC09 DD13 DD29 EE04 FF06 KK02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 pチャンネルMOSトランジスタとnチ
    ャンネルMOSトランジスタとが直列接続されて出力段
    を構成してなるCMOS出力回路において、 前記pチャンネルMOSトランジスタのゲート信号を発
    生する第1のゲート駆動手段と、 前記nチャンネルMOSトランジスタのゲート信号を発
    生する第2のゲート駆動手段と、 第1の基準電圧と前記pチャンネルMOSトランジスタ
    のゲート電圧とを比較し、前記pチャンネルMOSトラ
    ンジスタのゲート電圧が前記第1の基準電圧を越える場
    合に論理値Highに対応する信号を出力する第1の比
    較手段と、 第2の基準電圧と前記nチャンネルMOSトランジスタ
    のゲート電圧とを比較し、前記nチャンネルMOSトラ
    ンジスタのゲート電圧が前記第2の基準電圧を下回る場
    合に論理値Highに対応する信号を出力する第2の比
    較手段と、を具備し、 前記第1のゲート駆動手段は、CMOS出力回路の入力
    が前記pチャンネルMOSトランジスタを導通状態とす
    る論理状態に設定され、かつ、前記第2の比較手段の出
    力が論理値Highの状態である場合に、前記pチャン
    ネルMOSトランジスタを導通状態とするゲート信号を
    出力し、 前記第2のゲート駆動手段は、CMOS出力回路の入力
    が前記nチャンネルMOSトランジスタを導通状態とす
    る論理状態に設定され、かつ、前記第1の比較手段の出
    力が論理値Highの状態である場合に、前記nチャン
    ネルMOSトランジスタを導通状態とするゲート信号を
    出力することを特徴とするCMOS出力回路。
  2. 【請求項2】 第1のゲート駆動手段は、2つの入力端
    子を有するNAND回路を有してなり、一方の入力端子
    に入力信号を反転した論理値Highに対応する信号が
    印加され、他方の入力端子に第2の比較手段からの論理
    値Highに対応する信号が印加された場合に、論理値
    Lowに対応するゲート信号を出力し、 第2のゲート駆動手段は、2つの入力端子を有するAN
    D回路を有してなり、一方の入力端子に入力信号を2回
    反転した論理値Highに対応する信号が、他方の入力
    端子に第1の比較手段からの論理値Highに対応する
    信号が印加された場合に、論理値Highに対応するゲ
    ート信号を出力するものであることを特徴とする請求項
    1記載のCMOS出力回路。
  3. 【請求項3】 第1の基準電圧は、pチャンネルMOS
    トランジスタのスレショルド電圧以下に、第2の基準電
    圧は、nチャンネルMOSトランジスタのスレショルド
    電圧以下に、それぞれ設定されたものであることを特徴
    とする請求項1または請求項2記載のCMOS出力回
    路。
  4. 【請求項4】 第1及び第2の比較手段は、それぞれヒ
    ステリシス特性を有してなることを特徴とする請求項1
    乃至請求項3のいずれか一つに記載のCMOS出力回
    路。
  5. 【請求項5】 MOSトランジスタへのゲート電圧を検
    出する点は、IC基板のパターンレイアウトにおけるゲ
    ート配線において、ゲート信号発生源に接続される箇所
    から離れ、かつ、MOSトランジスタとゲート配線との
    接続点から離れた部位とすることを特徴とする請求項1
    乃至請求項4のいずれか一つに記載のCMOS出力回
    路。
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