JP3260673B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP3260673B2
JP3260673B2 JP25223597A JP25223597A JP3260673B2 JP 3260673 B2 JP3260673 B2 JP 3260673B2 JP 25223597 A JP25223597 A JP 25223597A JP 25223597 A JP25223597 A JP 25223597A JP 3260673 B2 JP3260673 B2 JP 3260673B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路装置
に関し、特に論理回路から構成される半導体集積回路装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各種のディジタル技術応用機器・
装置の高機能化・高性能化が進み、これに伴う動作の高
速化に対応して、その安定動作のため、上記機器・装置
に使用される論理回路の遅延特性を高精度に保持するこ
とが重要になってきている。
【0003】この種の論理回路の遅延特性の高精度化を
図った特開平−23271号公報記載の従来の半導体
集積回路装置をブロックで示す図4を参照すると、この
従来の半導体集積回路装置は、入力信号ISを反転して
信号SAを出力する初段のインバータ101と、それぞ
れM個,N個の直列接続したインバータ101と同一構
成のインバータIDから成り信号SAを所定時間遅延し
遅延信号D1,D2をそれぞれ出力する遅延回路10
2,103と、遅延信号D1,D2の論理積をとりAN
D信号DAを出力するAND回路104と、AND信号
DAを積分し積分信号DBを出力する積分回路105
と、積分信号DBと基準電圧VRとを比較し比較信号D
Cを出力する電圧比較回路106と、比較信号DCの供
給に応答して遅延回路102,103内のインバータI
DのP型MOSトランジスタ及びN型MOSトランジス
タの各々のバックゲート電圧GBP,GBNを発生制御
する電圧制御回路107とを備える。
【0004】インバータ101及び遅延回路102,1
03内のインバータIDの構成を代表してインバータ1
01の回路を回路図で示す図5を参照すると、このイン
バータ101は、ソースを電源VDにゲートを入力端D
Iにドレインを出力端DOにそれぞれ接続したP型MO
SトランジスタP101と、ソースを電源(接地)Gに
ゲートを入力端DIにドレインを出力端DOにそれぞれ
接続したN型MOSトランジスタN101とを備える。
【0005】次に、図4,図5を参照して、従来の半導
体集積回路装置の動作について説明すると、まず電源V
Dに5Vを供給する。入力信号ISの電圧すなわち入力
信号ISが0VのときトランジスタN101がカットオ
フし、トランジスタP101が導通する。したがって、
インバータ101の出力信号SAは電源VDの電圧5V
と等しくなる。
【0006】次に、入力信号ISが0Vから徐々に上昇
して、N型MOSトランジスタN101のしきい値電圧
Vtnを越えると、このトランジスタN101も導通し
て電流が流れ始める。出力信号SAは電源VDの5Vか
ら低下し始める。さらに、入力信号ISが上昇して、電
源VDの電圧よりP型MOSトランジスタP101のし
きい値電圧Vtpだけ低い電圧を超えると、このトラン
ジスタP101がカットオフして、出力信号SAが接地
電位Gになる。
【0007】次に、入力信号ISが5Vから徐々に減少
し、入力信号ISが電源電圧VDよりしきい値電圧Vt
pだけ低い電圧まで降下すると、トランジスタP101
も導通して電流が流れ始める。そのため、インバータ1
01の出力信号SAは0Vから上昇し始める。さらに、
入力信号ISが下降して、しきい値電圧Vtnより低い
電圧になると、トランジスタN101がカットオフし
て、出力電圧SAが電源VDの電圧5Vと等しくなる。
これらの動作でインバータ101は入力信号ISを反転
し出力信号SAを出力する。このインバータ101は、
入力信号ISの供給を受けてから出力信号SAを出力す
るまでの遅延時間を有し、この遅延時間はMOSトラン
ジスタP101,N101の能力に依存し、この能力が
大きいときは上記遅延時間は小さく、能力が小さいとき
は上記遅延時間は大きくなる。
【0008】上述のように、遅延回路102は、インバ
ータ101と同様のインバータIDをM段,遅延回路1
03はインバータIDをN段それぞれ直列接続して構成
される。インバータIDの1段当たりの遅延時間をtと
すると、これら遅延回路102,103の各々の出力す
なわちAND回路104の入力D1,D2相互間にはM
t−Ntの時間差を生じる。この時間差は、AND回路
104の出力信号DAの電源電圧VDの5V(Hレベ
ル)と接地電位Gの0V(Lレベル)の時間の比すなわ
ちデューテイ比で表される。積分回路105はこの出力
信号DAを積分しアナログ電圧の積分信号DBを出力す
る。電圧比較回路106は、積分信号DBと基準電圧V
Rとを比較し、比較信号DCを出力する。電圧制御回路
107は、比較信号DCの供給に応答して、P型MOS
トランジスタP101,N型MOSトランジスタN10
1の各々のバックゲート電圧GBP,GBNを適切に制
御する。
【0009】トランジスタP101,N101はそれぞ
れバックゲート電圧GBP,GBNの制御に応答してし
きい値電圧を可変し、各々のトランジスタ能力が変化す
る。したがって、信号DAの上記デューテイ比を一定に
保持するよう、すなわち積分回路105の出力信号DB
が基準電圧VRと等しく成るように制御することにより
各々のトランジスタ能力を一定に保持でき、所期の設定
遅延時間を維持できるので、遅延時間のばらつきを抑え
ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
集積回路装置は、内部に遅延時間を一定に保持するため
の遅延補償機能を有していないので、外部に遅延補償用
の制御回路を別途備える必要があるという欠点があっ
た。
【0011】本発明の目的は、外部の遅延補償用の制御
回路を必要とすることなく製造工程起因の素子ばらつき
による遅延時間の変動を抑圧する半導体集積回路装置を
提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
装置は、入力信号の供給に応答してこの入力信号に対し
それぞれ予め設定した第1及び第2の遅延時間を持ち前
記入力信号と相補の第1及び第2の出力信号を生成する
第1及び第2の論理回路を備える半導体集積回路装置に
おいて、前記第1の論理回路が、前記入力信号と第1の
節点の第1の節点信号との否定論理積をとり第1のNA
ND信号を出力する第1のNAND回路と、前記第1の
NAND信号を反転して前記第1の出力信号を出力する
第1のインバータとを備え、 前記第2の論理回路が、前
記入力信号を反転し反転入力信号を出力する第2のイン
バータと、前記反転入力信号と第2の節点の第2の節点
信号との否定論理積をとり第2のNAND信号を出力す
る第2のNAND回路と、前記第2のNAND信号を反
転して前記第1の出力信号と逆相の前記第2の出力信号
を出力する第3のインバータとを備え、 前記第1及び第
2の論理回路を構成するトランジスタの製造工程に起因
する特性ばらつきである製造ばらつきによる前記トラン
ジスタの駆動能力の変化に対応するしきい値電圧の変化
を検知し対応する第1,第2の基準電圧を発生する基準
電圧発生手段と、 前記第1の遅延時間を設定するととも
に前記第1,第2の基準電圧と前記第2のNAND信号
の供給を受け前記第1の節点に前記第1の遅延時間を
御するための前記第1の節点信号を出力する第1の遅延
回路を有する第1の遅延制御手段と、前記第2の遅延時
間を設定するとともに前記第1,第2の基準電圧と前記
第1のNAND信号の供給を受け前記第2の節点に前記
第2の遅延時間を制御するための前記第2の節点信号を
出力する第2の遅延回路を有する第2の遅延制御手段
備えて構成されている。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態をブロ
ックで示す図1を参照すると、この図に示す本実施の形
態の半導体集積回路装置は、入力信号ISと節点S1の
信号aとの否定論理積をとりNAND信号bを出力する
NAND回路1と、NAND信号bを反転して出力信号
Oを出力するインバータ2と、入力信号ISを反転し反
転入力信号ISBを出力するインバータ3と、反転入力
信号ISBと節点S2の信号cとの否定論理積をとりN
AND信号dを出力するNAND回路4と、NAND信
号dを反転して出力信号Oと逆相の出力信号OBを出力
するインバータ5と、基準電圧VR1,VR2を出力す
る基準電圧発生回路6と、基準電圧VR1,VR2と信
号dの供給を受け出力端である節点S1に信号aを出力
する遅延制御回路7と、基準電圧R1,R2と信号bの
供給を受け出力端である節点S2に信号cを出力する遅
延制御回路8とを備える。
【0014】遅延制御回路7は、直列接続され最初段の
入力に信号dの供給を受け最終段の出力を節点S1に接
続し信号aを出力するインバータ71〜74と、基
準電圧VR1とインバータI71の出力信号eとの否定
論理和をとり信号fを出力するNOR回路G71と、信
号fを反転し信号gを出力するインバータI75と、基
準電圧VR2と信号eとの否定論理積をとり信号hを出
力するNAND回路G72と、信号hを反転し信号jを
出力するインバータI76と、ソースを電源VDにドレ
インを節点S1にそれぞれ接続しゲートに信号gの供給
を受けるP型MOSトランジスタP71と、ソースを電
源(接地)Gにドレインを節点S1にそれぞれ接続しゲ
ートに信号jの供給を受けるN型MOSトランジスタN
71とを備える。
【0015】遅延制御回路8は、直列接続され最初段の
入力に信号bの供給を受け最終段の出力を節点S2に接
続し信号cを出力するインバータ81〜84と、基
準電圧VR1とインバータI81の出力信号kとの否定
論理和をとり信号lを出力するNOR回路G81と、信
号lを反転し信号mを出力するインバータI85と、基
準電圧VR2と信号kとの否定論理積をとり信号nを出
力するNAND回路G82と、信号nを反転し信号pを
出力するインバータI86と、ソースを電源VDにドレ
インを節点S2にそれぞれ接続しゲートに信号mの供給
を受けるP型MOSトランジスタP81と、ソースを電
源(接地)Gにドレインを節点S2にそれぞれ接続しゲ
ートに信号pの供給を受けるN型MOSトランジスタN
81とを備える。
【0016】基準電圧発生回路6の構成を回路図で示す
図2を参照すると、この基準電圧発生回路6は、一端を
電源VDにそれぞれ接続した抵抗R61,R62と、一
端を抵抗R62の他端に他端を接地Gにそれぞれ接続し
た抵抗R63と、ゲートを抵抗R62,R63の共通接
続点にソースを接地Gにドレインを抵抗R61の他端に
接続し基準電圧VR2を出力するN型MOSトランジス
タN1と、一端を接地Gにそれぞれ接続した抵抗R6
4,R65と、一端を抵抗R65の他端に他端を電源V
Dにそれぞれ接続した抵抗R66と、ゲートを抵抗R6
5,R66の共通接続点にソースを電源VDにドレイン
を抵抗R64の他端に接続し基準電圧VR1を出力する
P型MOSトランジスタP61とを備える。
【0017】次に、図1,図2及び各部波形をタイムチ
ャートで示す図3を参照して本実施の形態の動作につい
て説明すると、まず、通常時は基準電圧発生回路6はそ
れぞれHレベル,Lレベルの基準電圧VR1,VR2を
出力する。したがって、遅延制御回路7のNOR回路G
71はLレベルの出力信号fを出力し、トランジスタP
71のゲートにはインバータI75にて反転されたHレ
ベルの信号gが供給されることによりトランジスタP7
1はオフ状態となっている。また、NAND回路G72
の出力信号hはHレベルでトランジスタN71のゲート
にはインバータI76により反転されたLレベルの信号
jが供給されることによりこのトランジスタN71もオ
フ状態となっている。遅延制御回路8の同様な動作によ
り、トランジスタP81,N81も同様にオフ状態とな
っている。
【0018】次に、時刻t1の直前では入力信号ISは
Lレベルであり、その時の信号a,OはLレベル、信号
c,OBはHレベルとなっている。時刻t1で入力信号
ISがLレベルからHレベルへと変化すると、NAND
回路4にはインバータ3により反転されたLレベルの反
転入力信号ISBが供給されNAND回路4の出力信号
dはHレベルとなる。 インバータ5は入力信号dのH
レベルへの反転に応答して出力信号OBをHレベルから
Lレベルへと反転する。
【0019】次に、遅延制御回路7のインバータI71
〜I74は、NAND回路4の出力信号dを遅延時間T
1分遅延させ信号aをLレベルからHレベルへ変化させ
る。信号aのHレベルへの変化によりNAND回路1の
入力が両方ともHレベルとなり、その出力信号bはLレ
ベルへと変化する。信号bのLレベルへの変化に応答し
てインバータ2は出力信号OをLレベルからHレベルへ
と反転する。すなわち、出力信号OBが変化してから遅
延制御回路7による遅延時間T1だけ遅れて出力信号O
が変化する。
【0020】次に、時刻t2で入力信号ISがHレベル
からLレベルへと変化すると、NAND回路1は反転し
信号bをLレベルからHレベルに変化させる。信号bの
Hレベルへの変化に応答してインバータ2は出力信号O
をHレベルからLレベルへと変化させる。
【0021】次に、NAND回路1の出力信号bの供給
に応答して遅延制御回路8は、信号bのレベル反転から
インバータI81〜I84の遅延時間T2分遅延させ信
号cをLレベルからHレベルへ変化させる。信号cのH
レベルへの変化によりNAND回路4は入力が両方とも
Hレベルとなりその出力信号dをLレベルへ変化させ
る。インバータ5は信号dのLレベルへの変化に応答し
て出力信号OBをLレベルからHレベルへと変化させ
る。したがって、出力信号OBは、出力信号Oの変化よ
り遅延制御回路8による遅延時間T2だけ遅れて変化す
る。
【0022】次に、製造工程に起因する素子特性のばら
つきすなわち製造ばらつきによりトランジスタのしきい
値値電圧が上昇した場合について説明する。
【0023】まず、図2を再度参照して基準電圧発生回
路6の動作を説明すると、製造ばらつきがない通常時に
は、トランジスタN61のゲート電位はトランジスタN
61のしきい値電圧よりやや高くなるように抵抗R6
2,R63により電源電圧VDを抵抗分割する。トラン
ジスタN61のゲートにはしきい値電圧より高い電圧が
供給されているため導通状態となる。抵抗R61の抵抗
値はトランジスタN61の導通抵抗に比べ大きな値に設
定しておき、トランジスタN61が導通すると基準電圧
VR2は接地Gレベル、すなわちLレベルとなる。製造
ばらつきによりトランジスタN61のしきい値電圧が上
昇しゲート電位を越えると、このトランジスタN61は
遮断し基準電圧VR2は抵抗R61を経由して電源電圧
VD、すなわちHレベルとなる。
【0024】次に、トランジスタP61のゲート電位は
このトランジスタP61のしきい値電圧よりやや低くな
るように抵抗R66,R65により電源電圧VDを抵抗
分割する。トランジスタP61のゲートにはしきい値電
圧より低い電圧が入力されているため導通状態となる。
抵抗R64の抵抗値はトランジスタP61の導通抵抗よ
り大きな値に設定しておき、トランジスタP61が導通
すると基準電圧VR1は電源電圧、すなわちHレベルに
なる。製造ばらつきによりトランジスタP61のしきい
値電圧が上昇しゲート電位を越えると、このトランジス
タP61は遮断し基準電圧VR1は抵抗37を経由して
接地レベルG、すなわちLレベルになる。
【0025】例えば、製造ばらつきによりこの半導体回
路装置内のP型MOSトランジスタの論理しきい値が上
昇した場合は、同一基板上の基準電圧発生回路6が動作
し、基準電圧VR1は上記のようにLレベルに設定され
る。
【0026】時刻t1にて入力信号ISがLレベルから
Hレベルへ変化した場合、NAND回路4の出力信号d
はLレベルからHレベルへと変化し、インバータI71
はHレベルの信号dの供給に応答してLレベルの信号e
を出力する。NOR回路G71は基準電圧VR1のLレ
ベルと信号eとの供給に応答して反転しHレベルの出力
信号fを出力する。インバータI75は信号fをさらに
反転し、トランジスタP71のゲートにLレベルの信号
gを供給する。トランジスタP71はLレベルの信号g
の供給に応答して導通する。その時、インバータI74
も反転し出力信号aはLレベルからHレベルへと変化す
る。
【0027】一般に、P型MOSトランジスタのしきい
値電圧が上昇した場合、電流能力が低下し遅延制御回路
7のインバータI71〜I74から成る主遅延回路によ
る遅延時間は長くなる。しかし、この主遅延回路に加え
て、信号通過素子数が少なくしたがって遅延時間がより
短いNOR回路G71,インバータI75を経由して強
制的に並列のトランジスタP71を導通させて信号aを
Hレベルとするため、主遅延回路のインバータI71〜
I74を構成するP型MOSトランジスタの電流能力を
増加させたことと等価になり、電流能力低下による遅延
時間の延長を抑制し遅延時間T1を一定に保持すること
ができる。
【0028】N型MOSトランジスタのしきい値電圧が
上昇した場合も同様の動作により、NAND回路G7
2,インバータI76を経由してトランジスタN71が
導通し信号aをLレベルにするため遅延時間T1を一定
にすることができる。
【0029】また、同様の動作により遅延制御回路8の
トランジスタP81,N81も導通し、遅延時間T2を
一定に保持することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路装置は、第1,第2の基準信号に基づき第1,第
2の論理回路の各々の出力信号の遅延時間を制御する第
1,第2の遅延制御手段と製造ばらつきによるトランジ
スタの駆動能力の変化を検知し対応する上記第1,第2
の基準電圧を発生する基準電圧発生手段とを備え、上記
駆動能力に対応するMOSトランジスタのしきい値電圧
の変動を検出し上記第1,第2の遅延制御手段の各々の
遅延回路を制御することにより、外部に付加回路を設け
ることなく製造工程起因の素子ばらつきによる遅延回路
の遅延時間のばらつきを抑圧することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体集積回路装置の一実施の形態を
示すブロック図である。
【図2】図1の基準電圧発生回路の構成を示す回路図で
ある。
【図3】本実施の形態の半導体集積回路装置における動
作の一例を示すタイムチャートである。
【図4】従来の半導体集積回路装置の一例を示すブロッ
ク図である。
【図5】図5のインバータの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1,4,G71,G72,G81,G82,104
論理回路 2,3,5,I71〜I76,I81〜I86,10
1,ID インバータ 6 基準電圧発生回路 7,8 遅延制御回路 102,103 遅延回路 105 積分回路 106 比較回路 107 電圧制御回路 N61,N71,N101,P61,P71,P101
トランジスタ R61〜R66 抵抗

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号の供給に応答してこの入力信号
    に対しそれぞれ予め設定した第1及び第2の遅延時間
    持ち前記入力信号と相補の第1及び第2の出力信号を生
    成する第1及び第2の論理回路を備える半導体集積回路
    装置において、 前記第1の論理回路が、前記入力信号と第1の節点の第
    1の節点信号との否定論理積をとり第1のNAND信号
    を出力する第1のNAND回路と、 前記第1のNAND信号を反転して前記第1の出力信号
    を出力する第1のインバータとを備え、 前記第2の論理回路が、前記入力信号を反転し反転入力
    信号を出力する第2のインバータと、 前記反転入力信号と第2の節点の第2の節点信号との否
    定論理積をとり第2のNAND信号を出力する第2のN
    AND回路と、 前記第2のNAND信号を反転して前記第1の出力信号
    と逆相の前記第2の出力信号を出力する第3のインバー
    タとを備え、 前記第1及び第2の論理回路を構成するトランジスタの
    製造工程に起因する特性ばらつきである製造ばらつきに
    よる前記トランジスタの駆動能力の変化に対応するしき
    い値電圧の変化を検知し対応する第1,第2の基準電圧
    を発生する基準電圧発生手段と、 前記第1の遅延時間を設定するとともに前記 第1,第2
    の基準電圧と前記第2のNAND信号の供給を受け前記
    第1の節点に前記第1の遅延時間を制御するための前記
    第1の節点信号を出力する第1の遅延回路を有する第1
    の遅延制御手段と、前記第2の遅延時間を設定するとともに 前記第1,第2
    の基準電圧と前記第1のNAND信号の供給を受け前記
    第2の節点に前記第2の遅延時間を制御するための前記
    第2の節点信号を出力する第2の遅延回路を有する第2
    の遅延制御手段とを備えることを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧発生手段が、各々の一端を
    第1の電源にそれぞれ接続した第1,第2の抵抗と、 一端を前記第2の抵抗の他端に他端を第2の電源にそれ
    ぞれ接続した第3の抵抗と、 ゲートを前記第2,第3の抵抗の共通接続点にソースを
    前記第2の電源にドレインを前記第1の抵抗の他端にそ
    れぞれ接続し前記第2の基準電圧を出力する第1の導電
    型の第1のMOSトランジスタと、 各々の一端を前記第2の電源にそれぞれ接続した第4,
    第5の抵抗5と、 一端を前記第5の抵抗の他端に他端を前記第1の電源に
    それぞれ接続した第6の抵抗と、 ゲートを前記第5,第6の抵抗の共通接続点にソースを
    前記第1の電源にドレインを前記第4の抵抗の他端に接
    続し前記第1の基準電圧を出力する第2の導電型の第2
    のMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求
    記載の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の遅延制御手段が、直列接続さ
    れ最初段の第4のインバータの入力に前記第2のNAN
    D信号の供給を受け最終段の出力を前記第1の節点に接
    続し前記第1の節点信号を出力する前記第4のインバー
    タを含む複数のインバータと、 前記第1の基準電圧と前記第4のインバータの出力信号
    との否定論理和をとり第1のNOR信号を出力する第1
    のNOR回路と、 前記第1のNOR信号を反転し第1のゲート信号を出力
    する第5のインバータと、 前記第2の基準電圧と前記第4のインバータの出力信号
    との否定論理積をとり第3のNAND信号を出力する第
    3のNAND回路と、 前記第3のNAND信号を反転し第2のゲート信号を出
    力す第6のインバータと、 ソースを第1の電源にドレインを前記第1の節点にそれ
    ぞれ接続しゲートに前記第1のゲート信号の供給を受け
    る第2の導電型の第1のMOSトランジスタと、 ソースを第2の電源にドレインを前記第1の節点にそれ
    ぞれ接続しゲートに前記第2のゲート信号の供給を受け
    る第1の導電型の第2のMOSトランジスタとを備え、 前記第2の遅延制御手段が、直列接続され最初段の第7
    のインバータの入力に前記第1のNAND信号の供給を
    受け最終段の出力を前記第2の節点に接続し前記第2の
    節点信号を出力する前記第7のインバータを含む複数の
    インバータと、 前記第1の基準電圧と前記第7のインバータの出力信号
    との否定論理和をとり第2のNOR信号を出力する第2
    のNOR回路と、 前記第2のNOR信号を反転し第3のゲート信号を出力
    する第8のインバータと、 前記第2の基準電圧と前記第7のインバータの出力信号
    との否定論理積をとり第4のNAND信号を出力する第
    4のNAND回路と、 前記第4のNAND信号を反転し第4のゲート信号を出
    力す第9のインバータと、 ソースを前記第1の電源にドレインを前記第2の節点に
    それぞれ接続しゲートに前記第3のゲート信号の供給を
    受ける第2の導電型の第3のMOSトランジスタと、 ソースを前記第2の電源にドレインを前記第2の節点に
    それぞれ接続しゲートに前記第4のゲート信号の供給を
    受ける第1の導電型の第4のMOSトランジスタとを備
    えることを特徴とする請求項記載の半導体集積回路装
    置。
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