JPH029221A - Ecl―cmos変換器 - Google Patents

Ecl―cmos変換器

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JPH029221A
JPH029221A JP1036418A JP3641889A JPH029221A JP H029221 A JPH029221 A JP H029221A JP 1036418 A JP1036418 A JP 1036418A JP 3641889 A JP3641889 A JP 3641889A JP H029221 A JPH029221 A JP H029221A
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transistor
ecl
voltage
signal
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JP1036418A
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Iii Perry H Pelley
ペリー・エイチ・ペリー・ザサード
Ruey J Yu
ルエイ・ジェイ・ユウ
Scott G Nogle
スコット・ジー・ノグル
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Motorola Solutions Inc
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Motorola Inc
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/017509Interface arrangements
    • H03K19/017518Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET]
    • H03K19/017527Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET] with at least one differential stage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/021Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of more than one type of element or means, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/356017Bistable circuits using additional transistors in the input circuit

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、バイMO8(81MO8)集積回路に関し、
より詳細には、0M08回路に信号を出力するECL回
路を有するバイMOS集積回路に関する。
[従来の技術] 集積回路のプロセス技術が進歩して同じダイまたはチッ
プ上にバイポーラおよび803回路が形成できるように
なってきた。バイポーラおよび803回路は互いを補い
合うために使用できる異った特性を有している。バイポ
ーラはMO8回路よりも高速である傾向があり、一方M
O3回路は、バイポーラ回路よりも消費電力が少ないと
いう傾向がある。
MOSの低消費電力はとりわけチップ上に多くのトラン
ジスタの配置を許容する。これは特にメモリにおいて好
都合である。バイポーラおよびMO8回路は例えばスタ
ティック・ランダムアクセス・メモリ(SRAM)にお
いて同じチップ上に組合されている。
このようなメモリにおいては、バイポーラ回路は主とし
てスピードの点から周辺回路に使用されている。周辺回
路のいくつかはCMOSである。メモリアレイそれ自体
は密度の関係からMO8回路である。外部で発生された
信号はバイポーラ回路で受けられ次に内部的に0M08
回路に供給される。従って、内部的にバイポーラレベル
の信号をCMOSレベルの信号に変換するための回路が
提供されなければならない。
エミッタ結合論理(ECL)回路がバイポーラ回路とし
て使用される場合には、ECLの論理状態が約1ボルト
だけ変化するのに対しCMOSの論理状態は電源電圧の
全範囲に変化するためレベル変換に関して特別の問題が
存在する。典型的な電源電圧は約5ボルトである。EC
Lにおいて論理的高レベルおよび論理的低レベルの間の
差が1ボルトにすぎないのはECL回路が非常に高速で
あるという理由のためでもある。一方CMO8が低電力
であるという理由の一つは論理レベルが全電源電圧に亘
り変化するということである。従って、CMOSとEC
Lの利点を組合せる集積回路の要求の一つは過剰な遅延
を生じないECLからCMOSへの変換器があることで
ある。過去においては、この変換はECL信号を受ける
Pチャネル装置を設けることによって達成されてきた。
[発明が解決しようとする課題] このような方式においては、ECLの1ボルトの論理状
態の差によってはpチャネルトランジスタに充分大きな
ゲート−ソース電圧差を生成できないためPチャネル装
置を非常に大きなものにしなければならなかった。EC
Lのトランジスタはプロセスの変動に際しPチャネルト
ランジスタに追従するものでなかったため、Pチャネル
トランジスタがECL回路の論理的高出力に対して非導
通となることを推奨する上で問題があった。
本発明の目的は、改良されたECLからCMOSへの変
換器を提供することである。
[課題を解決するための手段および作用〕この目的およ
びその他の目的は、第1の電源端子の電圧より少なくと
も2ボルト高い電圧の論理的低1ノベルおよび該論理的
低レベルの電圧よりも高い電圧を有する論理的高レベル
の第1のECL出力信号を提供するECL回路を有し、
さらに該ECL出力信号が論理的高レベルに切換わるこ
とに応答して出力ノードに第1の電源端子の電圧あるい
はそれに近い電圧を提供する変換器回路を有する集積回
路によって達成される。該変換器回路は、第1のNPN
 トランジスタ、制御回路、そして第2のトランジスタ
を具備する。第1のNPNトランジスタは、第1のEC
L出力信号を受けるためのベース、第2の電源端子に存
在する電圧よりも大きな電圧を受けるための第2の電源
端子に結合されたコレクタ、そしてエミッタを有する。
前記制御回路は、前記ECL出力信号が論理的高レベル
に切換わることに応答して該第1のNPN トランジス
タのエミッタを中間ノードに結合し、かつ該ECL出力
信号が論理的低レベルにあるときは該第1のNPN ト
ランジスタのエミッタが該中間ノードに結合されること
を防止する。第2のトランジスタは、前記中間ノードに
結合された制御電極、第1の電源端子に結合された第1
の電流電極、そして出力ノードに結合された第2の電流
電極を有する。該出力ノードは従って第1のECL出力
信号が論理的高レベルに切換わることに応答して第1の
電源端子に結合される。
[実施例〕 添付された単一の図面には、NPN トランジスタ11
、Pチャネルトランジスタ12、Pチャネルトランジス
タ13、抵抗14、基準電圧VRを発生する基準発生器
15、抵抗1θ、NPN トランジスタ17、インバタ
18、Nチャネルトランジスタ19、ダイオード20、
Pチャネルトランジスタ21、NPNトランジスタ22
、NPN トランジスタ23、Pチャネルトランジスタ
24、Pチャネルトランジスタ2B、抵抗27、抵抗2
8、NPN トランジスタ29、インバータ3L  N
チャネルトランジスタ32、ダイオード33、Pチャネ
ルトランジスタ34、そしてNPN トランジスタ36
を具備するECL−CMOS変換器10が示されている
トランジスタ11は、例えば5ボルトの正の電源電圧を
受けるための正電源電圧端子Vccに結合されたコレク
タ、真のECL入力信号INを受けるためのベース、そ
してエミッタを有する。トランジスタ12は、トランジ
スタ11のエミッタに接続されたソース、基準電圧発生
器15から基準電圧VRを受けるためのゲート、そして
ドレインを有する。トランジスタ13は、トランジスタ
12のドレインに接続されたソース、ゲート、そしてド
レインを有する。
抵抗14はトランジスタ13のドレインに接続された第
1の端子、および第2の端子を有する。抵抗16は、抵
抗14の第2の端子に接続された第1の端子、およびグ
ランドに接続された第2の端子を有する。
トランジスタ17は、抵抗14の第1の端子に接続され
たベース、トランジスタ11のエミッタに接続されたコ
レクタ、そして抵抗14の第2の端子に接続されたエミ
ッタを有する。インバータ18は、出力ノード41に接
続された入力と、トランジスタ13のゲートに接続され
た出力とを有する。トランジスタ19はインバータ18
の出力に接続されたゲート、インバータ18の入力に接
続されたドレイン、そしてグランドに接続されたソース
を有する。ダイオード20は、抵抗14の第1の端子の
に接続されたアノード、およびノード41に接続された
カソードを有する。トランジスタ21は、vCCに接続
されたソース、ノード41に接続されたドレイン、そし
て出力ノード42に接続されたゲートを有する。トラン
ジスタ22は、ノード41に接続されたコレクタ、抵抗
14の第2の端子に接続されたベース、およびグランド
に接続されたエミッタを有する。
トランジスタ23は、Vccに接続されたコレクタ、相
補ECL人力信号*INを受けるためのベース、そして
エミッタを有する。トランジスタ24はトランジスタ2
3のエミッタに接続されたソース、基準電圧VRを受け
るためのゲート、およびドレインを有する。トランジス
タ2Bは、トランジスタ24のドレインに接続されたソ
ース、ゲート、およびドレインを有する。抵抗27は、
トランジスタ26のドレインに接続された第1の端子、
および第2の端子を有する。抵抗28は、抵抗27の第
2の端子に接続された第1の端子、およびグランドに接
続された第2の端子を有する。トランジスタ29は、抵
抗27の第1の端子に接続されたベース、トランジスタ
23のエミッタに接続されたコレクタ、そして抵抗27
の第2の端子に接続されたエミッタを有する。インバー
タ31は、出力ノード42に接続された入力、およびト
ランジスタ26のゲートに接続された出力を有する。ト
ランジスタ32は、インバータ31の出力に接続された
ゲート、インバータ31の入力に接続されたドレイン、
そしてグランドに接続されたソースを有する。ダイオー
ド33は、抵抗27の第1の端子に接続されたアノード
、およびノード42に接続されたカソードを有する。ト
ランジスタ34は、vccに接続されたソース、ノード
42に接続されたドレイン、そして出力ノード41に接
続されたゲートを有する。トランジスタ3Bは、ノード
42に接続されたコレクタ、抵抗27の第2の端子に接
続されたベース、そしてグランドに接続されたエミッタ
を有する。
変換器lOは真の(true)応答回路51および相補
(complementary)応答回路52を有する
ものと考えることができる。回路51は、入力として真
の信号INを受け、一方回路52は入力として相補信号
*INを受ける。回路51は、トランジスタ11.12
.13.17゜19.21および22、抵抗14および
16、インバータ18、およびダイオード20を具備す
る。回路52は、トランジスタ23,24.2B、29
,32.34および3B、抵抗27および28、インバ
ータ31、そしてダイオード33を具備する。
動作においては、信号INおよび本INはECL回路に
よって発生される相補信号である。ノード41および4
2はそれぞれ相補信号*FおよびFが全電源信号として
発生されるノードであり、従って0M08回路に使用す
るのに適している。トランジスタ11および23のエミ
ッタ、すなわちそれぞれノード43および44と称され
る点、の電圧の制御は変換器lOの動作に非常に関連が
ある。
信号INが論理的高レベルである場合は、トランジスタ
11はノード43を信号INの電圧のベース−エミッタ
降下電圧(Vbe) 1つ分の電圧だけ低い電圧に駆動
する。基準電圧VRはノード43がECLの論理的高レ
ベルの電圧より■b81個分だけ低い場合にトランジス
タ12が導通ずるように選択される。出力信号零Fが信
号INが論理的高レベルに切換ったことに応答して状態
を換えなければならないものとすると、信号零Fはその
時論理的高レベルであるものと仮定される。信号零Fが
論理的高レベルであると、インバータ18はトランジス
タ13に論理的低レベルを出力し、それによりトランジ
スタ13を導通させる。トランジスタ12および13が
導通すると、電流がトランジスタ12およびIBと抵抗
I4およびIBを流れ、抵抗14およびIBに電圧降下
を生じトランジスタ22が導通するまで該トランジスタ
22のベース電圧が上昇する。トランジスタ22が導通
するとノード41の電圧が低下する。抵抗14および1
6の電圧が上昇するとトランジスタ17をも導通させト
ランジスタ22のベースにさらに多くの電流を流し、そ
れによりトランジスタ22がさらに急速にノード41の
電圧を低下するようにされる。ノード41の電圧が低下
するとインバータ18は論理的高レベルを出力すること
によって応答しトランジスタ13を非導通にする。トラ
ンジスタ13が非導通になると、抵抗14および16を
流れる電流が停止しトランジスタ17および22のベー
ス電圧が低下し、ついには該トランジスタ17および2
2が非導通になる。ダイオード20もトランジスタ22
が導通している時該トランジスタ22が飽和することを
防止し、トランジスタ17および22が完全に非導通に
なる速度を上昇させる。トランジスタ19はノード41
をグランドに引き込みかつトランジスタ22が非導通に
なった後ノード41が論理的低レベルに確実に保持され
るようにする。ノード41の論理的低レベルはトランジ
スタ34を導通させノード42を論理的高レベルに駆動
する。このようにして、回路51は論理的高レベルに切
換わる信号INに応答して信号零Fを論理的低レベルに
切換えそれにより信号Fを論理的高レベルに切換える。
信号INが論理的高レベルから論理的低レベルに切換わ
る場合には、ノード43の初期状態は信号INの論理的
高レベル状態よりVbe−つ分だけ低くなっており、従
ってトランジスタ12は導通している。
トランジスタ13は信号*Fの論理的低レベルに応答し
てインバータ18が論理的高レベルを出力するから非導
通である。信号INが論理的低レベルに切換わると、ノ
ード43はトランジスタ11のベース−エミッタ容量の
ため最初少しだけ低下するが、それ以外には最初には信
号INが論理的低レベルに切換わっても応答はない。信
号零Fは信号*INが論理的高レベルに切換わることに
応答して回路52が信号Fを論理的低レベルに切換える
ことに応答して論理的高レベルに切換えられる。相補信
号として、もし信号INが論理的低レベルに切換わると
、信号*INは論理的高レベルに切換わることがわかる
回路52は信号INが論理的高レベルに切換わることに
応答して論理的低レベルの信号社を提供する回路51に
ついて述べたと同様にして、信号*INが論理的高レベ
ルに切換わることに応答して論理的低レベルの信号Fを
提供するよう動作する。信号Fが論理的低レベルに切換
わるとトランジスタ21が導通しノード41の電圧を上
昇させる。トランジスタ21は、単に保持用装置である
トランジスタ19のゲインに比較して非常に大きなゲイ
ンを有するから、該トランジスタ21は容易にトランジ
スタ19をオーバドライブしノード41の電圧を上昇さ
せ、それにより信号*Fは論理的高レベルになる。ノー
ド41の電圧が上昇すると、インバータ18は論理的低
レベルを出力することによって応答しトランジスタ13
を導通させる。トランジスタ12および13が導通する
と、ノード43の電圧はトランジスタ12が非導通にな
るまで低下する。トランジスタ12はノード43の電圧
が基準電圧VRよりもPチャネルしきい電圧1つ分だけ
高い電圧まで低下すると非導通になる。トランジスタ1
1が非導通になり、それによリノード43の電圧がトラ
ンジスタ12のソース、トランジスタ11のエミッタ、
およびトランジスタ17のコレクタの容量のため保持さ
れる。このようにして、ノード43の電圧をPチャネル
しきい電圧1つ分に低下させるためにノード43から引
き込まれる電荷の量は非常に少なく、かつノード43の
電圧をPチャネルしきい電圧1つ分の電圧に迄低下させ
るに必要な時間は非常に短くなる。従って、トランジス
タ17および22は信号*Fが論理的高レベルに切換わ
ることに応答して導通するトランジスタ13に何等の重
大な反作用を与えない。
信号零Fが論理的高レベルになることに応答して導通す
るトランジスタ13は回路51の動作にとって重要であ
る。導通しているトランジスタ13は次に信号INが論
理的高レベルに切換わる場合について初期状態となる。
従って、信号INが論理的高レベルに切換わるとき、そ
れに続くノード43の電圧の上昇は直にトランジスタ1
7および22のベースに結合され、それにより信号零F
が最少の遅延で論理的低レベルに切換わる。さらに、信
号零Fが論理的低レベルに切換わった後電流経路が終端
され、それにより信号Fおよび零Fの論理状態が確立さ
れた後Vccとグランドの間にDC経路がなくなる。特
に、信号INおよび*INの変化の間の急速なサイクル
タイムの間はノード43は信号が論理的低レベルであっ
ても論理的高レベルの電圧に非常に近い状態を保持する
。従って、ノード43は信号INが論理的高レベルに切
換わることに応答してその電圧が僅かだけ上昇すればよ
い。このことは又速度の点からも有利である。ノード4
3はECLの論理的低レベルよりVbe1つ分だけ低い
電圧だけ降下することができる。トランジスタ11は導
通して信号INの論理的低レベルよりVbe1つ分だけ
低い電圧以下に低下することを防止する。
基準電圧VRは、トランジスタ12が論理的低レベルの
入力でトランジスタ11が導通することができる場合に
導通しないが信号INが論理的高レベルの場合に導通す
ることを補償するするよう選択される。トランジスタ1
1はノード43がトランジスタUのベースよりVbe 
1つ分だけ低い電圧まで低下するまで導通しない。従っ
て、信号INが論理的低レベルである場合は、基準電圧
VRをECLの論理的低レベルよりもVbe 1つ分だ
け低い電圧よりもPチャネルしきい電圧1つ分だけ低い
電圧より大きく選択することにより、トランジスタ11
が導通すると同時にトランジスタ13が導通ずるのを防
止することができる。ノード43の電圧はその場合信号
INがECLの論理的低レベルであるときトランジスタ
12が導通するためにトランジスタ12のゲートの電圧
よりも充分に大きくはない。一方、トランジスタ12は
、信号INがECLの論理的高レベルの場合に導通しな
ければならない。ノード43は、信号INが論理的高レ
ベルの場合にECLの論理的高レベルよりもVbe 1
つだけ低くなる。従って、基■電圧Vl?はECLの論
理的高レベルよりもVbe 1つだけ低い電圧よりもP
チャネルしきい電圧1つ分だけ低い電圧よりも低くなけ
ればならない。ECLの論理的高レベルとECLの論理
的低レベルとの間には約1ボルトの差があるから、基準
電圧VRはl’:C1,の論理的高レベルの電圧よりも
Vbe 1つ分だけ低い電圧よりもPチャネルしきい電
圧1つ分だけ低い電圧よりも10分の数(a f’ev
 tenths)ボルト低い電圧に選択される。ECL
の論理的高レベルの電圧、Vbe。
およびPチャネルしきい電圧は全て特定の集積回路にお
いて容易に得られるものであり、従って所望の制約の中
で基準電圧VRを提供する基準発生器15はバンドギャ
ップ基準技術を使用することにより容易に達成できる。
なお、当業者にとっては開示された発明は数多くの方法
により修正できかつ特に上に記載したもの以外の多くの
実施例があることは明らかであろう。例えば、トランジ
スタのゲートにかかる電圧はトランジスタ12が信号I
Nが論理的低レベルのとき非導通となり信号INが論理
的高レベルのとき導通となる限り、一定の基準電圧であ
る代りに刻時信号とすることができる。トランジスタ1
2のゲートをクロック電圧とすることの利点は信号IN
が論理的高レベルの時にトランジスタ12がより導通的
になるということである。不利な点は回路の複雑さが増
すということである。他の可能な変形例としてはPチャ
ネルトランジスタ12および24に換えてPNP トラ
ンジスタを使用することである。従って、添付の請求の
範囲は本発明の精神および範囲内に属する発明の全ての
変形を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は、本発明の好ましい実施例に係わるECL
−CMOS変換器のブロック回路図である。 10 、  ECL−CMOS変換器、11、 17,
22. 23,29,36゜NPN トランジスタ、 12.13,21,24,26.34;pチャネルトラ
ンジスタ、 19.32;Nチャネルトランジスタ、14.16,2
7,28;抵抗、 15;基準発生器、 18,31.インバータ、20.
33.  、ダイオード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1および第2の相補ECL入力信号を受け、CM
    OSレベルの第1の出力信号を提供するECL−CMO
    S変換器であって、該変換器は 前記第1のECL入力信号が第1の論理状態にあれば該
    第1のECL入力信号を第1のノードに結合し、かつ該
    第1のECL入力信号が第2の論理状態にあれば該第1
    のECL入力信号が第1のノードに結合されることを防
    止する第1の制御手段、第2のノードおよび前記第1の
    制御手段に結合され、該第2のノードが第1の論理状態
    になったことに応答して前記第1のノードを第3のノー
    ドに結合する第1の結合手段、 前記第3のノードに結合された制御電極と、第1の電源
    端子に結合された第1の電流電極と、前記第2のノード
    に結合された第2の電流電極とを具備し、前記第3のノ
    ードに前記第1の論理状態にある前記第1のECL入力
    信号を受けたことに応答して前記第2のノードに第2の
    論理状態にある前記第1の出力信号を提供する第1のト
    ランジスタ、 前記第2のECL入力信号が第1の論理状態にあれば該
    第2のECL入力信号を第4のノードに結合し、かつ該
    第2のECL入力信号が第2の論理状態にあれば該第2
    のECL入力信号が第4のノードに結合されることを防
    止する第2の制御手段、第5のノードおよび第2の制御
    手段に結合され、第5のノードが第1の論理状態になっ
    たことに応答して第4のノードを第6のノードに結合す
    る第2の結合手段、 前記第6のノードに結合された制御電極と、第1の電源
    端子に結合された第1の電流電極と、第5のノードに結
    合された第2の電流電極とを有する第2のトランジスタ
    、および 第5のノードに結合された制御電極と、第2の電源端子
    に結合された第1の電流電極と、第2のノードに結合さ
    れた第2の電流電極とを有し、前記第5のノードに第1
    の論理状態の信号を受けたことに応答して前記第2のノ
    ードに第2の論理状態にある前記出力信号を提供する第
    3のトランジスタ、 を具備することを特徴とするECL−CMOS変換器。 2、第1の電源端子の電圧より少なくとも2ボルト高い
    電圧にある論理的低レベルかつ該論理的低レベルの電圧
    よりも大きな電圧にある論理的高レベルの第1のECL
    出力信号を提供するECL回路を有する集積回路におけ
    る、前記ECL出力信号が論理的高レベルに切換ったこ
    とに応答して出力ノードに前記第1の電源端子の電位ま
    たは該電位に近い電位の電圧を提供する変換器回路であ
    って、第1のECL出力信号を受けるためのベースと、
    第2の電源端子の電圧より大きな電圧を受けるために第
    2の電源端子に結合されたコレクタと、エミッタとを有
    する第1のNPNトランジスタ、前記第1のECL出力
    信号が論理的高レベルに切換わるのに応じて第1のNP
    Nトランジスタのエミッタを中間ノードに結合し、かつ
    前記第1のECL出力信号が論理的低レベルのとき第1
    のNPNトランジスタの前記エミッタが該中間ノードに
    結合されないようにする第1の制御手段、および 前記中間ノードに結合された制御電極と、第1の電源端
    子に結合された第1の電流電極と、前記出力ノードに結
    合された第2の電流電極とを有し、それにより第1のE
    CL出力信号が論理的高レベルに切換わることに応答し
    て出力ノードが第1の電源端子に結合される、第2のト
    ランジスタ、を具備することを特徴とする変換器回路。 3、さらに、前記中間ノードと第1のNPNトランジス
    タの制御電極の間に挿入され、出力ノードが第1の電源
    端子の電圧または該電圧に近い電圧に切換わることに応
    答して前記中間ノードを第2のトランジスタの制御電極
    から切離すデカップル手段を具備する請求項2に記載の
    変換器回路。
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