JP3865234B2 - Nrz/rz変換回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信器等の分野で用いられる、NRZ(non return to zero)信号からRZ(return to zero)信号を生成するNRZ/RZ変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来のNRZ/RZ変換回路を示す回路図であり、図6は、その動作を示すタイミングチャートである。従来より、NRZ/RZ変換回路として、D−FF(フリップフロップ)回路11を用いて、NRZ信号とクロック信号との同期をとり、D−FF回路11の出力信号(D−FF OUT)をインバータ12により反転させ、その出力信号(インバータ OUT)とクロック信号とをNOR回路13において信号処理することにより、RZ信号を出力する構成のものが公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のNRZ/RZ変換回路では、D−FF回路11とインバータ12とNOR回路13により構成されているため、回路構成が複雑になり、消費電力が大きいという問題点がある。また、D−FF回路11とNOR回路13にクロック信号を分配して供給するため、クロック信号が劣化したり、高周波でのタイミング合わせが困難であるという問題点がある。
【0004】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、回路構成を簡略化し、それによって低消費電力での動作が可能で、かつクロック信号の分配が不要なNRZ/RZ変換回路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるNRZ/RZ変換回路は、第1のリード回路、ホールド回路、第1のレベルシフト回路、第2のリード回路、出力選択回路および第2のレベルシフト回路を具備する。第1のリード回路は、クロック信号が相対的に電位の高いレベル(以下、ハイレベルとする)のときに、NRZ信号を読み込み、その信号の電位レベルを反転させた信号を出力する。第1のレベルシフト回路は、第1のリード回路から出力された信号の電位レベルをゼロまたは1の所定のレベルに変換する。ホールド回路は、クロック信号が相対的に電位の低いレベル(以下、ローレベルとする)に遷移したときに、第1のレベルシフト回路の出力信号に基づいて、第1のリード回路の出力信号を保持する。
【0006】
第2のリード回路は、クロック信号がローレベルのときに、ホールド回路により保持された信号を読み込み、その信号の電位レベルを反転させた信号を出力する。出力選択回路は、クロック信号がローレベルのときに第2のリード回路の出力信号を選択し、一方、クロック信号がハイレベルのときにゼロの信号を選択して出力する。第2のレベルシフト回路は、出力選択回路により選択された信号の電位レベルをゼロまたは1の所定のレベルに変換する。この発明によれば、インバータやNOR回路が不要であり、従来のNRZ/RZ変換回路のD−FF回路と同等の回路規模になる。また、クロックの分配が不要となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態にかかるNRZ/RZ変換回路について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0008】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかるNRZ/RZ変換回路を示す回路図である。このNRZ/RZ変換回路は、16個の電界効果トランジスタ(以下、単にトランジスタとする)21〜36、4個の抵抗37〜40、6個の電流源41〜46、6個の入力端子47〜52および2個の出力端子53,54を備えている。
【0009】
第1のトランジスタ21のドレイン端子は、第1の抵抗37を介して、相対的に高いレベルの電位が印加されるGND端子47に接続されている。第1のトランジスタ21のゲート端子は、外部からNRZ信号よりなるデータが供給される入力端子としてのDATA端子49に接続されている。第1のトランジスタ21のソース端子は、第2のトランジスタ22のソース端子とともに、第3のトランジスタ23のドレイン端子に接続されている。第2のトランジスタ22のドレイン端子は、第2の抵抗38を介して、GND端子47に接続されている。第2のトランジスタ22のゲート端子は、外部からNRZ信号の反転信号が供給される/DATA端子50に接続されている。
【0010】
第3のトランジスタ23のゲート端子は、外部からクロック信号が供給されるクロック端子であるCLK端子51に接続されている。第3のトランジスタ23のソース端子は、後述する第6のトランジスタ26のソース端子とともに、第1の電流源41を介して、相対的に低いレベルの電位が印加されるVSS端子48に接続されている。第1〜第3のトランジスタ21〜23、第1および第2の抵抗37,38並びに第1の電流源41は、クロック信号がハイレベルのときに、DATA端子49または/DATA端子50に供給された信号を読み込む第1のリード回路としての機能を備えている。なお、端子名や信号名の前の“/”は反転を表すバーを意味する。
【0011】
第4のトランジスタ24のドレイン端子は、第1のトランジスタ21のドレイン端子に接続されている。第4のトランジスタ24のゲート端子は、後述する第8のトランジスタ28のソース端子に接続されている。第4のトランジスタ24のソース端子は、第5のトランジスタ25のソース端子とともに、第6のトランジスタ26のドレイン端子に接続されている。
【0012】
第5のトランジスタ25のドレイン端子は、第2のトランジスタ22のドレイン端子に接続されている。第5のトランジスタ25のゲート端子は、後述する第7のトランジスタ27のソース端子に接続されている。第6のトランジスタ26のゲート端子は、外部からクロック信号の反転信号が供給される/CLK端子52に接続されている。第4〜第6のトランジスタ24〜26および第1の電流源41は、クロック信号がローレベルのときに、第1のトランジスタ21のドレイン端子または第2のトランジスタ22のドレイン端子から出力された信号、すなわち第1のリード回路から出力された信号を保持するホールド回路としての機能を備えている。
【0013】
第7のトランジスタ27は、ソースフォロワ回路であり、そのドレイン端子は、GND端子47に接続されている。第7のトランジスタ27のゲート端子は、第1のトランジスタ21のドレイン端子に接続されている。第7のトランジスタ27のソース端子は、第2の電流源42を介して、VSS端子48に接続されている。第7のトランジスタ27および第2の電流源42は、第1のトランジスタ21のドレイン端子から出力された信号の電位レベルを、ゼロまたは1の所定のレベルに変換する第1のレベルシフト回路としての機能を備えている。
【0014】
第8のトランジスタ28は、ソースフォロワ回路であり、そのドレイン端子は、GND端子47に接続されている。第8のトランジスタ28のゲート端子は、第2のトランジスタ22のドレイン端子に接続されている。第8のトランジスタ28のソース端子は、第3の電流源43を介して、VSS端子48に接続されている。第8のトランジスタ28および第3の電流源43は、第2のトランジスタ22のドレイン端子から出力された信号の電位レベルを、ゼロまたは1の所定のレベルに変換する第1のレベルシフト回路としての機能を備えている。
【0015】
第9のトランジスタ29のドレイン端子は、第3の抵抗39を介して、GND端子47に接続されている。第9のトランジスタ29のゲート端子は、第7のトランジスタ27のソース端子に接続されている。第9のトランジスタ29のソース端子は、第10のトランジスタ30のソース端子とともに、第11のトランジスタ31のドレイン端子に接続されている。第10のトランジスタ30のドレイン端子は、第4の抵抗40を介して、GND端子47に接続されている。第10のトランジスタ30のゲート端子は、第8のトランジスタ28のソース端子に接続されている。
【0016】
第11のトランジスタ31のゲート端子は、/CLK端子52に接続されている。第11のトランジスタ31のソース端子は、後述する第14のトランジスタ34のソース端子とともに、第4の電流源44を介して、VSS端子48に接続されている。第9〜第11のトランジスタ29〜31、第3および第4の抵抗39,40並びに第4の電流源44は、クロック信号がローレベルのときに、前記ホールド回路により保持された信号を読み込む第2のリード回路としての機能を備えている。
【0017】
第12のトランジスタ32のドレイン端子は、第9のトランジスタ29のドレイン端子に接続されている。第12のトランジスタ32のゲート端子(以下、便宜上、A端子とする)55には、ハイレベルの電位が印加されている。第12のトランジスタ32のソース端子は、第13のトランジスタ33のソース端子とともに、第14のトランジスタ34のドレイン端子に接続されている。
【0018】
第13のトランジスタ33のドレイン端子は、第10のトランジスタ30のドレイン端子に接続されている。第13のトランジスタ33のゲート端子(以下、便宜上、/A端子とする)56には、ローレベルの電位が印加されている。第14のトランジスタ34のゲート端子は、CLK端子51に接続されている。第12〜第14のトランジスタ32〜34および第4の電流源44は、クロック信号がローレベルのときに、前記第2のリード回路から供給された信号を出力し、一方、クロック信号がハイレベルのときに、ゼロの信号を出力する出力選択回路としての機能を備えている。
【0019】
第15のトランジスタ35は、ソースフォロワ回路であり、そのドレイン端子は、GND端子47に接続されている。第15のトランジスタ35のゲート端子は、第9のトランジスタ29のドレイン端子に接続されている。第15のトランジスタ35のソース端子は、第5の電流源45を介して、VSS端子48に接続されている。第15のトランジスタ35および第5の電流源45は、第9のトランジスタ29のドレイン端子から出力された信号の電位レベルを、ゼロまたは1の所定のレベルに変換する第2のレベルシフト回路としての機能を備えている。このレベルシフト回路の出力、すなわち第15のトランジスタ35のソース端子から出力されるデータは、RZ信号に変換されており、OUT端子53を介して外部に出力される。
【0020】
第16のトランジスタ36は、ソースフォロワ回路であり、そのドレイン端子は、GND端子47に接続されている。第16のトランジスタ36のゲート端子は、第10のトランジスタ30のドレイン端子に接続されている。第16のトランジスタ36のソース端子は、第6の電流源46を介して、VSS端子48に接続されている。第16のトランジスタ36および第6の電流源46は、第10のトランジスタ30のドレイン端子から出力された信号の電位レベルを、ゼロまたは1の所定のレベルに変換する第2のレベルシフト回路としての機能を備えている。第16のトランジスタ36のソース端子は、外部に、OUT端子53から出力されるRZ信号の反転信号を出力する/OUT端子54に接続されている。
【0021】
なお、図1において、符号61は、第1のトランジスタ21のドレイン端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード61から出力される信号をV1とする。符号62は、第2のトランジスタ22のドレイン端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード62からは、前記信号V1の反転信号/V1が出力される。また、符号63は、第7のトランジスタ27のソース端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード63から出力される信号をV2とする。
【0022】
符号64は、第8のトランジスタ28のソース端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード64からは、前記信号V2の反転信号/V2が出力される。また、符号65は、第9のトランジスタ29のドレイン端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード65から出力される信号をV3とする。符号66は、第10のトランジスタ30のドレイン端子よりなる出力ノードであり、この出力ノード66からは、前記信号V3の反転信号/V3が出力される。
【0023】
つぎに、図1に示す回路の動作タイミングについて説明する。図2は、図1に示す回路の動作を示すタイミングチャートである。なお、図2では、上から順に、DATA端子49に供給されたNRZ信号、CLK端子51に入力されたクロック信号、前記信号V1、前記信号V2、A端子55に印加されている電位、/CLK端子52に入力されたクロック信号の反転信号、前記信号V3、OUT端子53から出力されたRZ信号、および/OUT端子54から出力された、RZ信号の反転信号の各波形が示されている。
【0024】
まず、DATA端子49に供給されたNRZ信号は、クロック信号がハイレベルのときに第1のリード回路に読み込まれる。たとえば、図2においてT1のタイミングでは、NRZ信号はハイレベル、すなわちNRZ信号の論理は1であり、かつクロック信号がハイレベルであるため、第1のトランジスタ21および第3のトランジスタ23がオン状態となり、信号V1はローレベルとなる。したがって、第7のトランジスタ27はオフ状態となり、信号V2はローレベル、すなわち論理がゼロとなる。このとき、第2のトランジスタ22はオフ状態であるため、信号/V1はハイレベルとなり、第8のトランジスタ28がオン状態となって、信号/V2はハイレベルの1となる。
【0025】
つづいて、クロック信号がローレベルに遷移した状態(タイミングT2)では、第3のトランジスタ23がオフ状態となり、第6のトランジスタ26がオン状態となる。また、信号/V2が1(ハイレベル)であるため、第4のトランジスタ24がオン状態となるので、ホールド回路に信号V1のローレベルが保持される。同時に、第2のリード回路での読み込みがおこなわれる。第10のトランジスタ30と第11のトランジスタ31がオン状態となるので、信号/V3はローレベルとなる。第9のトランジスタ29はオフ状態であるため、信号V3はハイレベルとなる。
【0026】
したがって、第15のトランジスタ35がオン状態となり、第16のトランジスタ36はオフ状態となるため、OUT端子53からは、DATA端子49から入力された1が出力され、/OUT端子54からは、/DATA端子50から入力されたゼロが出力される。この状態で、クロック信号がハイレベルになると(タイミングT3)、第14のトランジスタ34がオン状態となり、また第12のトランジスタ32は常時オン状態であるため、信号V3はローレベルとなる。それによって、第15のトランジスタ35がオフ状態となり、OUT端子53からは、DATA端子49から入力された信号(ここでは1)にかかわらず、RZ信号のゼロが出力される。
【0027】
また、たとえば、図2においてT4のタイミングでは、NRZ信号がゼロであり、かつクロック信号がハイレベルであるため、第1のトランジスタ21はオフ状態となり、第2のトランジスタ22および第3のトランジスタ23がオン状態となる。したがって、信号V1がハイレベルとなり、第7のトランジスタ27がオン状態となって、信号V2はハイレベル、すなわち1となる。また、信号/V1はローレベルとなり、第8のトランジスタ28がオフ状態となって、信号/V2はローレベルのゼロとなる。
【0028】
その直後のタイミングT5で、クロック信号がローレベルに遷移すると、第3のトランジスタ23および第6のトランジスタ26は、それぞれオフ状態およびオン状態となる。そして、信号V2が1(ハイレベル)であるため、第5のトランジスタ25がオン状態となり、また、信号/V2がゼロ(ローレベル)であるため、第4のトランジスタ24はオフ状態となり、ホールド回路に信号V1のハイレベルが保持される。同時に、第2のリード回路での読み込みがおこなわれる。第9のトランジスタ29と第11のトランジスタ31がオン状態となるので、信号V3はローレベルとなる。第10のトランジスタ30はオフ状態であるため、信号/V3はハイレベルとなる。
【0029】
したがって、第15のトランジスタ35はオフ状態となり、第16のトランジスタ36がオン状態となるため、OUT端子53からは、DATA端子49から入力されたゼロが出力され、/OUT端子54からは、/DATA端子50から入力された1が出力される。この状態で、クロック信号がハイレベルになると(タイミングT6)、第14のトランジスタ34がオン状態となる。第12のトランジスタ32はオン状態であるため、信号V3はローレベルであり、第15のトランジスタ35はオフ状態である。したがって、OUT端子53からは、DATA端子49から入力された信号(ここではゼロ)にかかわらず、RZ信号のゼロが出力される。
【0030】
上述した実施の形態1によれば、従来のNRZ/RZ変換回路のD−FF回路と同等の回路規模であり、従来のNRZ/RZ変換回路に設けられていたインバータやNOR回路が不要であるため、消費電力を大幅に低減することができる。また、従来のNRZ/RZ変換回路のようにクロック信号を分配する必要がないため、クロック信号の劣化を回避することができるとともに、高周波でのタイミング合わせが不要となるので、高速動作が可能なNRZ/RZ変換回路を実現することができるという効果が得られる。
【0031】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2にかかるNRZ/RZ変換回路を示す回路図であり、図4は、その動作を示すタイミングチャートである。図3に示すように、実施の形態2のNRZ/RZ変換回路は、図1に示す実施の形態1と同じ構成である。ただし、A端子、すなわち第12のトランジスタ32のゲート端子55にローレベルの電位が印加され、かつ/A端子、すなわち第13のトランジスタ33のゲート端子56にハイレベルの電位が印加されている点が、実施の形態1と異なる。
【0032】
そのため、図4に示すように、クロック信号がハイレベルであるタイミングT7(図2のタイミングT1に相当)で、NRZ信号の1が第1のリード回路に読み込まれる。そして、クロック信号がローレベルであるタイミングT8(図2のタイミングT2に相当)で、ホールド回路に保持されるとともに、OUT端子53から1が出力される。そして、クロック信号がハイレベルであるタイミングT9(図2のタイミングT3に相当)で、OUT端子53からRZ信号の1が出力される。
【0033】
また、NRZ信号がゼロのとき、クロック信号がハイレベルであるタイミングT10(図2のタイミングT4に相当)で、第1のリード回路にゼロが読み込まれる。そして、クロック信号がローレベルであるタイミングT11(図2のタイミングT5に相当)で、ホールド回路に保持されるとともに、OUT端子53からゼロが出力される。そして、クロック信号がハイレベルであるタイミングT12(図2のタイミングT6に相当)で、OUT端子53からRZ信号の1が出力される。
【0034】
このように、実施の形態2は、クロック信号がローレベルのときに、DATA端子49から読み込まれたNRZ信号の論理をOUT端子53から出力し、クロック信号がハイレベルのときに、OUT端子53から1を出力する。したがって、実施の形態2は、厳密には、NRZ信号をRZ信号ではなく、R1(return to 1)信号に変換する回路である。しかし、実施の形態2では、A端子55および/A端子56に印加されている電位が反転していることを除いて、回路の構成が実施の形態1と同じであるため、本明細書では、NRZ信号をR1信号に変換する回路を含めて、NRZ/RZ変換回路とする。また、R1信号を含めて、RZ信号とする。なお、実施の形態2では、実施の形態1と同じ符号を用い、重複する説明を省略する。
【0035】
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、第1〜第16のトランジスタ21〜36をバイポーラトランジスタで構成してもよい。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータやNOR回路が不要であり、従来のNRZ/RZ変換回路のD−FF回路と同等の回路規模であるため、消費電力を大幅に低減することができる。また、クロック信号の分配が不要であるため、クロック信号の劣化を回避でき、また高周波でのタイミング合わせが不要になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかるNRZ/RZ変換回路を示す回路図である。
【図2】図1に示す回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】本発明の実施の形態2にかかるNRZ/RZ変換回路を示す回路図である。
【図4】図3に示す回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】従来のNRZ/RZ変換回路を示す回路図である。
【図6】図5に示す回路の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
49 入力端子(DATA端子)
51 クロック端子(CLK端子)
53 出力端子(OUT端子)
21〜23,37,38,41 第1のリード回路
24〜26,41 ホールド回路
27,28,42,43 第1のレベルシフト回路
29〜31,39,40,44 第2のリード回路
32〜34,44 出力選択回路
35,36,45,46 第2のレベルシフト回路
Claims (5)
- 外部からNRZ信号が供給される入力端子と、
外部からクロック信号が供給されるクロック端子と、
外部へRZ信号を出力する出力端子と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第1の電位レベルのときに、前記入力端子に供給された信号を読み込み、当該信号の電位レベルを反転させた信号を出力する第1のリード回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記第1のリード回路から出力された信号を保持するホールド回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記ホールド回路により保持された信号を読み込み、当該信号の電位レベルを反転させた信号を出力する第2のリード回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記出力端子に前記第2のリード回路から出力された信号を供給し、一方、前記クロック端子に供給されたクロック信号が第1の電位レベルのときに、前記出力端子に相対的に電位レベルが低いゼロの信号を供給する出力選択回路と、
を具備することを特徴とするNRZ/RZ変換回路。 - 外部からNRZ信号が供給される入力端子と、
外部からクロック信号が供給されるクロック端子と、
外部へRZ信号を出力する出力端子と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第1の電位レベルのときに、前記入力端子に供給された信号を読み込み、当該信号の電位レベルを反転させた信号を出力する第1のリード回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記第1のリード回路から出力された信号を保持するホールド回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記ホールド回路により保持された信号を読み込み、当該信号の電位レベルを反転させた信号を出力する第2のリード回路と、
前記クロック端子に供給されたクロック信号が第2の電位レベルのときに、前記出力端子に前記第2のリード回路から出力された信号を供給し、一方、前記クロック端子に供給されたクロック信号が第1の電位レベルのときに、前記出力端子に相対的に電位レベルが高い1の信号を供給する出力選択回路と、
を具備することを特徴とするNRZ/RZ変換回路。 - 前記第1のリード回路から出力された信号の電位レベルをゼロまたは1の所定のレベルに変換するレベルシフト回路を有することを特徴とする請求項1または2に記載のNRZ/RZ変換回路。
- 前記出力選択回路から出力された信号の電位レベルをゼロまたは1の所定のレベルに変換するレベルシフト回路を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のNRZ/RZ変換回路。
- 前記第1のリード回路、前記ホールド回路、前記第2のリード回路および前記出力選択回路は、それぞれ差動型のトランジスタ対を備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のNRZ/RZ変換回路。
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