JP3119601B2 - 出力バッファ - Google Patents

出力バッファ

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JP3119601B2 JP09174217A JP17421797A JP3119601B2 JP 3119601 B2 JP3119601 B2 JP 3119601B2 JP 09174217 A JP09174217 A JP 09174217A JP 17421797 A JP17421797 A JP 17421797A JP 3119601 B2 JP3119601 B2 JP 3119601B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力バッファに係
り、特に半導体集積回路内に形成されるCMOS出力バ
ッファに関する。
【0002】
【従来の技術】このような従来例としては、特開平3−
44109号公報に、「出力バッファ」として、特に、
半導体集積回路内に形成されるCMOS出力バッファに
関する技術が開示されている。
【0003】図7に従来のトライステート型のCMOS
バッファの回路図を示す。従来のこの種のCMOS出力
バッファは、高電位電源(以下VDDと記す)と低電位
電源(以下GNDと記す)との間に、PチャネルMOS
トランジスタ(以下PMOSと記す):P1、およびN
チャネルMOSトランジスタ(以下NMOSと記す):
N1とが直列に接続されており、前記PMOS:P1の
ゲート電極には、データ信号INとデータ信号INの遅
延信号INDLと出力イネーブル信号CNTとを入力す
るNANDゲートNA1の出力が接続され、前記NMO
S:N1のゲート電極には、前記データ信号INと前記
データ信号INの遅延信号INDLと前記出力イネーブ
ル信号CNTがインバータINV1によって反転された
信号とを入力するNORゲートNO1の出力が接続さ
れ、前記PMOS:P1とNMOS:N1、それぞれの
ドレイン電極の接続点により出力端子OUTに出力信号
を取り出すようになっていた。遅延回路DLYにインバ
ータを使用する事が多く最低でも2個は必要となる。
【0004】次に前述した従来の出力バッファの動作
を、図8を参照しながら、説明する。出力イネーブル信
号CNTがロウレベルのときには、NANDゲートNA
1の出力がハイレベル、NORゲートNO1の出力レベ
ルがロウレベルとなるので、PMOS:P1とNMO
S:N1は共にOFF状態となり、出力信号OUTはハ
イ・インピーダンス状態になる。
【0005】逆に、出力イネーブル信号CNTがハイレ
ベルの場合には、データ信号INがロウレベルに変化す
ると、PMOS:P1がOFF状態、NMOS:N1は
データ信号INの遅延信号INDLの遅延時間だけ遅れ
てON状態となり、出力信号OUTもデータ信号INの
遅延信号INDLの遅延時間だけ遅れてロウレベルに変
化する。データ信号INがハイレベルに変化すると、P
MOS:P1がデータ信号INの遅延信号INDLの遅
延時間だけ遅れてON状態、NMOS:N1がOFF状
態となり出力信号OUTもデータ信号INの遅延信号I
NDLの遅延時間だけ遅れてハイレベルに変化する。す
なわち、出力信号OUTが変化するときは、遅延回路に
よる遅延時間ぶんのPMOS:P1とNMOS:N1が
共にOFF状態をつくり貫通電流が流れないようになっ
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のCMO
S出力バッファは、出力バッファが出力イネーブル信号
CNTがハイレベルの時、データ信号INのレベルの変
化に応じて出力信号OUTが反転する途中で、PMO
S:P1とNMOS:N1が共にON状態になり貫通電
流が流れることの無いように出力信号OUTを遅延した
信号INDLで、必ずPMOS:P1とNMOS:N1
が共にOFFする状態をつくっていた。
【0007】このため、遅延した信号INDLという信
号が増えたため、NANDゲートNA1とNORゲート
NO1の入力が入力信号INと入力信号INを遅延した
信号INDLとイネーブル信号CNTの3入力となって
いた。PMOS:P1とNMOS:N1は電流駆動能力
の大きいMOSトランジスタを使用する事が多く、その
入力であるNANDゲートNA1とNORゲートNO1
の入力も比較的電流駆動能力の大きいMOSトランジス
タを使用するため、NANDゲートNA1とNORゲー
トNO1は入力が増えたことでトランジスタの占有面積
が大きくなっていた。
【0008】また、遅延信号INDLは素子数を減らす
とその出力がハイレベルからロウレベルにゆるやかに変
化するときにNANDゲートNA1で貫通電流が流れ、
逆に遅延信号INDLがロウレベルからハイレベルにゆ
るやかに変化するときにNORゲートNO1で貫通電流
が流れてしまうので出力波形を整形する必要がある。
【0009】[発明の目的]本発明の目的は、NAND
ゲートとNORゲートに入力信号を遅延した信号を少な
い回路構成で入力することで入力数を減らしトランジス
タの占有面積を減少させPMOS:P1とNMOS:N
1に貫通電流を流さず、また遅延信号INDLの変化が
ゆるやかな場合にNANDゲートやNORゲートで貫通
電流が流れない出力バッファを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の出力バッファ
は、上記目的を達成するため、ソース電極を高電位電源
に接続した第一のPMOSとソース電極を低電位電源に
接続した第一のNMOSのドレイン電極どうしを接続し
て出力端子とし、前記第一のPMOSのゲート電極に第
二のPMOSと第二のNMOSのドレイン電極を接続
し、前記第一のNMOSのゲート電極に第三のPMOS
と第三のNMOSのドレイン電極を接続し、前記第二の
NMOSのゲート電極には入力端子から入力されるデー
タ信号の立ち上がりのみを遅延させた信号を入力し、前
記第三のPMOSのゲート電極には前記データ信号の立
ち下がりのみを遅延させた信号を入力し、前記第二のP
MOSのゲート電極と前記第三のNMOSのゲート電極
は前記入力端子に接続し、前記第二のPMOSと第三の
PMOSのソース電極を高電位電源に接続し、前記第二
のNMOSと第三のNMOSのソース電極を低電位電源
に接続して構成したことを特徴としている
【0011】また、本発明の出力バッファは上記目的を
達成するため、ソース電極を高電位電源に接続した第一
のPMOSとソース電極を低電位電源に接続した第一の
NMOSのドレイン電極どうしを接続して出力端子と
し、前記第一のPMOSのゲート電極に第二のPMOS
と第二のNMOSのドレイン電極を接続し、前記第一の
NMOSのゲート電極に第三のPMOSと第三のNMO
Sのドレイン電極を接続し、前記第二のNMOSのゲー
ト電極には入力端子から入力されるデータ信号の立ち上
がりのみを遅延させた信号を入力し、前記第三のPMO
Sのゲート電極には前記データ信号の立ち下がりのみを
遅延させた信号を入力し、前記第二のPMOSのゲート
電極と前記第三のNMOSのゲート電極は前記入力端子
に接続し、前記第二のPMOSに並列に第四のPMOS
を接続して、これら第二及び第四のPMOSのソース電
極を高電位電源に接続し、前記第二のNMOSのソース
電極と低電位電源の間に第四のNMOSを接続し、前記
第三のPMOSのソース電極と高電位電源の間に第五の
PMOSを接続し、前記第三のNMOSに並列に第五の
NMOSを接続して、これら第三及び第五のNMOSの
ソース電極を低電位電源に接続し、前記第四のPMOS
及びNMOSのゲート電極に前記出力イネーブル信号
を、前記第五のPMOS及びNMOSのゲート電極に出
力イネーブル信号を反転させた信号をそれぞれ入力して
構成したことを特徴としている
【0012】
【0013】
【0014】[作用]本発明によれば、上記手段で回路
構成することで、出力イネーブル信号がロウレベルのと
きは、ドレインを出力信号とした前記第一のPMOSと
NMOSがOFF状態で出力信号はハイ・インピーダン
スである。
【0015】以下、出力イネーブル信号がハイレベルの
ときには、データ信号がロウレベルのとき前記第一のP
MOSはOFF状態、前記第一のNMOSはON状態で
出力信号はロウレベルであり、この状態からデータ信号
がハイレベルに変化すると、NOR構成はデータ信号と
データ信号の遅延の無い信号が入力されるので前記第一
のNMOSはすぐOFF状態になり、NAND構成はデ
ータ信号とデータ信号を遅延した信号が入力されるので
前記第一のPMOSはデータ信号を遅延した時間分OF
F状態のままで、データ信号の遅延信号がハイレベルに
変化したときにON状態となり出力信号はハイレベルに
変化する。
【0016】逆に、データ信号がハイレベルからロウレ
ベルに変化すると、NAND構成はデータ信号とデータ
信号の遅延の無い信号が入力されるので前記第一のPM
OSはすぐOFF状態になり、NOR構成はデータ信号
とデータ信号を遅延した信号が入力されるので前記第一
のNMOSはデータ信号を遅延した時間分OFF状態の
ままで、データ信号の遅延信号がロウレベルに変化した
ときにON状態となり、出力信号はロウレベルに変化す
る。
【0017】よって、出力信号が変化するときには必ず
前記第一のPMOSとNMOSが共にOFFの状態があ
り、従来よりも少ない回路構成で同じ効果を実現でき
る。
【0018】以下、更に、本発明の作用について説明す
る。
【0019】従来、出力バッファの貫通電流を減少する
ためには、出力バッファのP−TrとN−Trが同時に
変化しないようにする必要がある。
【0020】つまり、従来の信号に加え、遅延させた信
号を加える事により出力バッファのP−TrとN−Tr
の変化が重ならない様にしている。
【0021】しかし、入力信号が増えた事によりレイア
ウト面積が大きくなっている。
【0022】そこで、本発明では、出力バッファのドラ
イバである2NANDと2NORを構成するトランジス
タのうち、出力バッファをOFFするゲートにのみ遅延
の無い信号を入力し、出力バッファをONするゲートに
のみ遅延させた信号を入力する。よって、従来の回路よ
り少ないトランジスタ数で構成する事が出来る。
【0023】但し、遅延した信号は立ち上がりと立ち下
がりで、信号の変化スピードを変える必要がある。
【0024】本発明の効果のデータとしては、以下のデ
ータが得られた。
【0025】[従来]: 3NAND−2:面積415μm2 、3NOR−2:面
積425μm2 INV−1(2個):135μm2 ×2=270μm2
合計1100μm2 [本発明]: 2NAND−2:面積276μm2 、2NOR−2:面
積276μm2 INV−1(3個):135μm2 ×3=405μm2
合計957μm2 面積が13%小さくなる(自動レイアウトのセルで見積
もったので実際のレイアウトはもっと小さくなる)。
【0026】また、入力信号INをディレイ回路で、遅
らせた信号を3NANDと3NORに入れる事により、
出力OUTが変化するときに、バッファのP−TrとN
−Tr両方がOFFしているタイミングが出来る(貫通
電流を防止できる。)。
【0027】出力バッファP−TrをONさせるトラン
ジスタにのみ遅延させた信号を入力する。同様にN−
TrをONさせるトランジスタにも遅延させた信号を
入力する。よって、P−TrとN−TrのONするタイ
ミングを遅らせる事が出来る。
【0028】逆にP−Tr,N−TrをOFFする時に
は、遅延のない信号を入力する。
【0029】上記動作のため、のトランジスタには立
ち上がりが遅く、立ち下がりは速い信号を入力し、の
トランジスタには立ち上がりが速く、立ち下がりの遅い
信号を入力する必要がある(このようにしないと、ここ
で貫通電流が流れる。)。
【0030】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0031】[第1実施例]図1は、本発明の第1実施
例の出力バッファを示す回路図である。
【0032】ソース電極をVDDに接続したPMOS:
P15と、ソース電極をGNDに接続したNMOS:N
15のドレイン電極どうしを接続して出力信号OUTと
し、前記PMOS:P15のゲート電極にNAND構成
NA11のトランジスタ(ソース電極をVDDに接続し
たPMOS:P11,P12とNMOS:N11のそれ
ぞれのドレイン電極が接続されてこのNAND構成の出
力とし、ソース電極をGNDに接続したNMOS:N1
2のドレイン電極と前記NMOS:N11のソース電極
とを接続し、前記PMOS:P12のゲート電極、前記
NMOS:N12のゲート電極に出力イネーブル信号C
NTを共通に接続し、前記NMOS:N11のゲート電
極にインバータI13の出力と接続し、前記PMOS:
P11のゲート電極にデータ信号INと接続したもの)
の出力を接続し、前記NMOS:N15のゲート電極に
NOR構成NO11のトランジスタ(ソース電極をGN
Dに接続したNMOS:N13,N14とPMOS:P
14のそれぞれのドレイン電極が接続されてこのNOR
構成の出力とし、ソース電極をVDDに接続したPMO
S:P13のドレイン電極と前記PMOS:P14のソ
ース電極とを接続し、前記PMOS:P13のゲート電
極と前記NMOS:N14のゲート電極にインバータI
11の出力を共通に接続し、前記PMOS:P14のゲ
ート電極にインバータI14の出力と接続し、前記NM
OS:N13のゲート電極にデータ信号INと接続した
もの)の出力を接続し、前記インバータI13の入力と
前記インバータI14の入力にインバータI12の出力
を共通に接続し、前記インバータI12の入力にデータ
信号INを接続し、前記インバータI11の入力にイネ
ーブル信号CNTを接続する。
【0033】このとき、インバータI13は、ハイレベ
ルを出力する時のみ遅延するように立ち上がりの電流駆
動能力を小さくして信号が遅延するようにし、インバー
タI14はロウレベルを出力する時のみ遅延するように
立ち下がりの電流駆動能力を小さくする。
【0034】次に図1に示す回路の動作について説明す
る。
【0035】図2は、図1に示す出力バッファ回路のタ
イミングチャートである。
【0036】図2において、出力イネーブル信号CNT
がロウレベルのときには、PMOS:P15とNMO
S:N15がOFF状態で出力信号OUTはハイ・イン
ピーダンス状態になる。
【0037】以下は、出力イネーブル信号CNTがハイ
レベルの時の説明である。
【0038】データ信号INがロウレベルのとき、PM
OS:P15はOFF状態、NMOS:N15はON状
態で出力信号OUTはロウレベルで安定しており、この
状態からデータ信号INがハイレベルに変化すると、イ
ンバータI14の出力は遅延することなく変化する。ゆ
えに、NOR構成NO11のPMOS:P14とNMO
S:N13には、遅延なくハイレベルが入力されて、N
MOS:N15をOFF状態にする。またインバータI
13の出力は遅延して変化するので、PMOS:P15
はインバータI13の遅延時間後にON状態となる。す
なわち出力信号OUTがロウレベルからハイレベルに変
化するときに、インバータI13のハイレベル出力遅延
時間分だけPMOS:P15とNMOS:N15は共に
OFF状態となり、貫通電流の流れることは無い。
【0039】次に、データ信号INがハイレベルのと
き、PMOS:P15はON状態、NMOS:N15は
OFF状態で出力信号OUTはハイレベルで安定してお
り、この状態からデータ信号INがロウレベルに変化す
ると、インバータI13の出力は遅延することなく変化
する。ゆえに、NAND構成NA11のPMOS:P1
1とNMOS:N11には、遅延なくロウレベルが入力
されて、PMOS:P15をOFF状態にする。またイ
ンバータI14の出力は遅延して変化するので、NMO
S:N15はインバータI13の遅延時間後にON状態
になり、出力信号OUTがハイレベルからロウレベルに
変化するときに、インバータI14のロウレベル出力遅
延時間分だけPMOS:P15とNMOS:N15は共
にOFF状態となり、貫通電流の流れることは無い。
【0040】以上のことより、PMOS:P15とNM
OS:N15とが同時にON状態になることがないので
貫通電流が流れない。
【0041】[第2実施例]図3は、本発明の第2実施
例の出力バッファを示す回路図である。
【0042】本第2実施例は、第1実施例のNAND構
成NA11のNMOS:N11の代わりにPMOS:P
33を、第1実施例のNOR構成NO11のPMOS:
P14の代わりにNMOS:N32を接続し、第1実施
例のインバータI12を削除し、第1実施例のインバー
タI13の代わりにロウレベルを出力する時のみ遅延す
るように立ち下がりの電流駆動能力を小さくしたインバ
ータI32を接続し、第1実施例のインバータI14の
代わりにハイレベルを出力する時のみ遅延するように立
ち上がりの電流駆動能力を小さくしたインバータI33
を接続したものである。
【0043】この第2実施例は、第1実施例よりインバ
ータが1個少ない為トランジスタの占有面積が第1実施
例よりも小さく出来る。ただし、NAND構成NA31
の出力はPMOS:P33でロウレベルを出力するため
ロウレベル出力は、GNDよりトランジスタ1段分高い
電圧になる。
【0044】またNOR構成NO31の出力はNMO
S:N33でハイレベルを出力するためハイレベル出力
は、VDDよりトランジスタ1段分低い電圧になる。
【0045】以上の点を除けば、動作は図4のタイミン
グチャートに示すように第1実施例と同じである。
【0046】[第3実施例]図5は、本発明の第3実施
例の出力バッファを示す回路図である。
【0047】本第3実施例は、第1実施例から出力イネ
ーブル信号CNTとこれに接続するPMOS:P12、
NMOS:N12、インバータI11とインバータI1
1(出力イネーブル信号の反転信号)に接続するPMO
S:P13、NMOS:N14を削除したものである。
【0048】この第3実施例の動作は、図6のタイミン
グチャートに示すように、出力イネーブル信号がないの
で、第1実施例の出力イネーブル信号CNTが1のとき
と同じ動作であり効果も同じである。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来より少ない回路構成で貫通電流を防止する出力バッ
ファを実現でき、NANDゲートとNORゲートの入力
信号数が減るためトランジスタの占有面積を20%削減
することができる。さらに、遅延した信号がゆるやかに
変化した時に、立ち上がり又は立ち下がりのみ遅延した
信号をゲート入力している為、このMOSトランジスタ
の貫通電流も流さない様にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を示す回路図である。
【図2】図1に示す回路のタイミングチャートである。
【図3】本発明の実施例2を示す回路図である。
【図4】図3に示す回路のタイミングチャートである。
【図5】本発明の実施例3を示す回路図である。
【図6】図5に示す回路のタイミングチャートである。
【図7】従来例を示す回路図である。
【図8】図7に示す回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
IN データ信号 CNT 出力イネーブル信号 OUT 出力信号 I11,I12,I31,I51,INV1 インバ
ータ I13,I33,I52 インバータ(立ち上がり駆
動能力を低くしてある) I14,I32,I53 インバータ(立ち下がり駆
動能力を低くしてある) DLY 遅延回路 P11,P12,P13,P14,P15,P31,P
32,P33,P34,P35,P51,P52,P5
3,P1 PチャネルMOSトランジスタ N11,N12,N13,N14,N15,N31,N
32,N33,N34,N35,N51,N52,N5
3,N1 NチャネルMOSトランジスタ NA1 NANDゲート NO1 NORゲート NA11,NA31 NAND構成のゲート NO11,NO31 NOR構成のゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/687

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソース電極を高電位電源に接続した第一
    のPMOSとソース電極を低電位電源に接続した第一の
    NMOSのドレイン電極どうしを接続して出力端子と
    し、前記第一のPMOSのゲート電極に第二のPMOS
    と第二のNMOSのドレイン電極を接続し、前記第一の
    NMOSのゲート電極に第三のPMOSと第三のNMO
    Sのドレイン電極を接続し、前記第二のNMOSのゲー
    ト電極には入力端子から入力されるデータ信号の立ち上
    がりのみを遅延させた信号を入力し、前記第三のPMO
    Sのゲート電極には前記データ信号の立ち下がりのみを
    遅延させた信号を入力し、前記第二のPMOSのゲート
    電極と前記第三のNMOSのゲート電極は前記入力端子
    に接続し、前記第二のPMOSと第三のPMOSのソー
    ス電極を高電位電源に接続し、前記第二のNMOSと第
    三のNMOSのソース電極を低電位電源に接続して構成
    したことを特徴とする出力バッファ。
  2. 【請求項2】 ソース電極を高電位電源に接続した第一
    のPMOSとソース電極を低電位電源に接続した第一の
    NMOSのドレイン電極どうしを接続して出力端子と
    し、前記第一のPMOSのゲート電極に第二のPMOS
    と第二のNMOSのドレイン電極を接続し、前記第一の
    NMOSのゲート電極に第三のPMOSと第三のNMO
    Sのドレイン電極を接続し、前記第二のNMOSのゲー
    ト電極には入力端子から入力されるデータ信号の立ち上
    がりのみを遅延させた信号を入力し、前記第三のPMO
    Sのゲート電極には前記データ信号の立ち下がりのみを
    遅延させた信号を入力し、前記第二のPMOSのゲート
    電極と前記第三のNMOSのゲート電極は前記入力端子
    に接続し、前記第二のPMOSに並列に第四のPMOS
    を接続して、これら第二及び第四のPMOSのソース電
    極を高電位電源に接続し、前記第二のNMOSのソース
    電極と低電位電源の間に第四のNMOSを接続し、前記
    第三のPMOSのソース電極と高電位電源の間に第五の
    PMOSを接続し、前記第三のNMOSに並列に第五の
    NMOSを接続して、これら第三及び第五のNMOSの
    ソース電極を低電位電源に接続し、前記第四のPMOS
    及びNMOSのゲート電極に出力イネーブル信号を、前
    記第五のPMOS及びNMOSのゲート電極に前記出力
    イネーブル信号を反転させた信号をそれぞれ入力して構
    成したことを特徴とする出力バッファ。
  3. 【請求項3】 前記第二のNMOSの代わりに第六のP
    MOSを接続し、その入力は前記データ信号を反転させ
    た信号の立ち下がりのみを遅延させた信号を入力し、前
    記第三のPMOSの代わりに第六のNMOSを接続し、
    その入力は前記データ信号を反転させた信号の立ち上が
    りのみを遅延させた信号を入力することを特徴とする請
    求項2に記載の出力バッファ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014184983A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Sekisui Giken:Kk カット豆腐用容器

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JP2014184983A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Sekisui Giken:Kk カット豆腐用容器

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