JPH03173221A - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

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JPH03173221A
JPH03173221A JP1312510A JP31251089A JPH03173221A JP H03173221 A JPH03173221 A JP H03173221A JP 1312510 A JP1312510 A JP 1312510A JP 31251089 A JP31251089 A JP 31251089A JP H03173221 A JPH03173221 A JP H03173221A
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JP
Japan
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transistor
gate
circuit
voltage
power supply
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JP1312510A
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Inventor
Kikuo Kimura
木村 貴久男
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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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、出力バッファ回路に関する。
【従来の技術】
一般に、出力バッファ回路は、比較的大きな外部負荷を
駆動するという目的から、駆動能力の大きな出力トラン
ジスタを備えて、これにより外部負荷を駆動している。 しかしながら、外部負荷を駆動するに際し、出力トラン
ジスタを介して電源・接地間に流れる貫通電流及び外部
負荷の駆動電流に起因して、LSI(大規模集積回路)
内部の電源・接地線にノイズが発生する場合がある。こ
のノイズは回路誤動作の原因となることから、出力バッ
ファ回路の設計にあたっては、こうしたノイズの発生が
極力抑えられるよう配慮がなされている(例えば、特開
昭62−12210号)。 この種の出力バッファ回路の従来例を、第4図に示す1
図の出力バッファ回路は、主に、相補対接続されたPチ
ャネルMOSトランジスタP1及びNチャネルMOSト
ランジスタN1と、入力信号VINを入力して、それぞ
れのトランジスタPl及びNlの導通を相補的に制御す
る第1の遅延回路DLYI及び第2の遅延回路DLY2
とから構成されている。 前記第1の遅延回路DLYIは、PチャネルMOSトラ
ンジスタP31及びNチャネルMOSトランジスタN3
1を相補対接続して構成されたCMOSインバータIN
V1と、PチャネルMOSトランジスタP32及びNチ
ャネルMOSトランジスタN32を相補対接続して構成
されたCMOSインバータINV2とを縦続接続して構
成されている。又、前記第2の遅延回路DLY2は、P
チャネルMOSトランジスタP33及びNチャネルMO
SトランジスタN33を相補対接続して構成されたCM
OSインバータINV3と、P4−ヤネルMOSトラン
ジスタP34及びNチヘ1ルMOSトランジスタN34
を相補対接続して構成されたC M OSインバータI
 NV4とを縦続接続して構成されている。 ここで、第1の遅延回路DLYI及び第2の遅延回路D
LY2においては、その信号伝達特性が以下のものにな
るように、インバータINVI〜4を構成するトランジ
スタP31〜P34及びトランジスタN31〜N34の
相互コンダクタンスC1mが設定されている。 即ち、入力信号VINとしてローレベル(以下、Lとい
う)が入力された場合、第1の遅延回路DLYIの出力
Vpは、第2の遅延回路DLY2の出力vNに比して時
間tp(第5図参照)だけ信号伝達が遅れるように、又
、入力信号VINとしてハイレベル(以下、Hという)
が入力された場合、第2の遅延回路DLY2の出力vN
は、第1の遅延回路DLYIの出力Vpに比して時間t
N(図示せず)だけ信号伝達が遅れるように相互コンダ
クタンスQmが設定されている。このように、遅延回路
DLYI及びDLY2は、入力信号がL又はHのいずれ
かによって、信号の伝達時間に差がある。即ち、相互に
逆の遅延特性を有する単極性遅延回路を構成している。 このように構成された従来の出力バッファ回路は、入力
信号V1tiffiLからHに変化した場合に、第2の
遅延回路DLY2の出力信号は、第1の遅延回路DLY
Iの出力信号がLからHに変化して時間tN後にLから
Hに変化する。この結果、トランジスタN1はトランジ
スタP1がオフしてから時間tN後にオンとなり、この
出力バッファ回路は、Lを出力することとなる。 又、入力信号V I NがHからしに変化した場合に、
第1の遅延回1DLY1の出力信号は遅延回路DLY2
の出力信号がHからLに変化して時間tP後にHからL
に変化する(第5図参照)、この結果、トランジスタP
1はトランジスタN1がオフしてから時間tp後にオン
となり、この出力バッファ回路は、Hを出力することと
なる。 従って、前記バッファ回路においては、入力信号VIN
がLからH又はHからしに変化し、これに基づいて、出
力がHからL又はLからHに変化する過程において、ト
ランジスタP1及びN1がいずれもオフ状態となる時間
を設けることによって、これらのトランジスタP1及び
N1がスイッチングする際に生じる貫通電流を防ぎ、電
源・接地線のノイズの低減を図っている。
【発明が達成しようとする課題】
前述のように、従来の出力バッファ回路においては、出
力トランジスタP1及びN1のスイッチングのタイミン
グを各遅延回路DLYI及びDLY2の信号伝達時間の
差によって設定し、これらトランジスタP1及びN1を
介して電源・接地間に流れる貫通電流を阻止している。 ここで、各遅延回路D L ’i’ 1及びDLY2間
の伝達時間の差即ち時間tN及びIPが大きすぎると、
この出力バッファ回路自体の信号遅延が大きくなり、回
路の高速化の妨げとなる。しかしながら、この伝達時間
の差を小さくしようとすると、遅延回路DLYI及びD
LY2の伝達特性がトランジスタパラメータ等の変動に
より変化した場合に、上述した貫通電流を十分に阻止す
ることができないという問題点があった。 本発明は、前記従来の問題点に党みてなされたものであ
って、回路の高速性を妨げることなく、トランジスタパ
ラメータの変動に対して、安定に貫通電流を阻止し、電
源・接地ノイズを低減することのできる出力バッファ回
路を提供することを課題とする。
【課題を達成するための手段】
本発明は、第1の正電源と出力端との間に接続された第
1導電型の第1のトランジスタと、第1の負電源と出力
端との間に接続された第2導電型の第2のトランジスタ
と、入力端に入力された入力信号が第1論理レベル又は
第2論理レベルのとき、前記第1のトランジスタのゲー
トを第2の正電源又は負端子に接続するための第1の回
路と、前記入力信号か第1論理レベル又は第2論理レベ
ルのとき、前記第2のトランジスタのゲートを正端子又
は第2の負電源に接続するための第2の回路と、前記負
端子と前記第2のトランジスタのゲートとの間に接続さ
れ、ゲートに第1の基?、雷電圧印加された第2導電型
の第3のトランジスタと、前記正端子と前記第1のトラ
ンジスタのゲートとの間に接続され、ゲートに第2の基
準電圧か印加された第1導電型の第4のトランジスタと
、前記第1の基準電圧及び第2の基準電圧を供給するた
めの手段とを有することにより、前記課題を達成したも
のである。
【作用】
本発明の作用を第1図の出力バッ゛ファ回路を例として
説明する。第1図の回路においては、入力信号VINが
第1の論理レベル例えばLから第2の論理レベル例えば
Hに変化すると、第1のM OSトランジスタP1のゲ
ー1−は、第1の回路16、負端子17、及び第3のM
o3I−ランジスタN12を介して、第2のMOSトラ
ンジスタN1のゲートに接続され、更に、第2のMOS
トランジスタN1のゲートは、第2の回路18を介して
第2の負電源VSSに接続される。この結果、第1のM
OSトランジスタP1のゲートは、第1の回路16、負
端子17、第3のMOSトランジスタN12、及び第2
の回路18を介して負電源に接続されるが、第3のMo
3)−ランジスタが導通を開女含するのは、第2のMo
3)−ランジスタN1のゲート電圧v、と第1の基2t
、電位Vreflとの差が第3のMOSトランジスタの
スレッショルド電圧■Tを超えた時点からである。 従って、例えば第1の基準電圧Vreflを適宜に設定
することによって、第2のMOSトランジスタN1がオ
フする電圧にまでそのゲート電圧が達した後に第1のM
OSトランジスタP1のゲートに第2の負電源V99を
供給して、この第1のMOSトランジスタをオンさせる
タイミングを適宜に定めることができる。同様にして、
入力信号VINが第2の論理レベル(例えばH)から第
1の論理レベル(例えばL)に変化した場合には、第4
のMo3I−ランジスタのゲートに与えられる第2の基
準電圧Vref2を適宜に設定することによって、第1
のMo3I−ランジスタのオフに対して第2のMo8)
ランジスタがオンするタイミングを定めることができる
。 よって、第1のトランジスタ、第2のトランジスタが同
時にオフするタイミングを設けて貫通電流を阻止するこ
とかできる。又、そのオフの期間は第1及び第2の基準
電圧で高精度に定めることができる。又、トランジスタ
パラメータの変動に対しては、この基準電圧の設定変更
で対処できるため、回路の高速化の妨げにならない。
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 第1図は、本発明の第1実施例の出力バッファ回路を示
すものである。 第1図の出力バッファ回路においては、第1の正電源1
0にソース(S)が接続されたPチャネルMOSトラン
ジスタP1及び第1の負電源12にソース(S)が接続
されたNチャネルMoSトランジスタN1のそれぞれの
ドレイン(D>は、出力端14に共通接続されており、
これらのトランジスタP1、N1は、出力@14に接続
される外部負荷(図示せず)を駆動する出力トランジス
タとなっている。 前記各トランジスタP1、N1のゲート(G)には、そ
れぞれ第1の回路16、第2の回#118が接続されて
いる。この第1の回路16は、PチャネルMOSトラン
ジスタpH及びNチャネルMOSトランジスタNllか
ら構成されている。 即ち、PチャネルMOSトランジスタpHのソース(S
)は、第2の正電源VDDに接続され、そのゲート(G
)には、入力端20から入力信号VINが供給されるよ
うになっている。NチャネルMOSトランジスタNll
のゲート(G)は、前記トランジスタpHのゲートに共
通接続されて、前記入力信号VINが供給されるように
なっており、前記トランジスタNllのドレイン(D)
は、前記トランジスタPIIのドレイン(D)と共に、
トランジスタP1のゲートに接続されて、この第1の回
路16の出力(V p )を伝達するようになっている
。 前記トランジスタNilのソース(S)即ち負端子17
及びトランジスタN1のゲートのそれぞれには、Nチャ
ネルMOSトランジスタからなる第3のトランジスタN
12のドレイン(D)及びソース(S)されており、こ
の第3のトランジスタN12のゲートには、第1の基準
電圧Vreflが供給されている。 前記第2の回路18は、NチャネルMOSトランジスタ
N13及びPチャネルMOSトランジスタP13から構
成されている。即ち、NチャンネルMOSトランジスタ
N13のソース(S)は、第2の負電源VSSに接続さ
れ、そのゲート(G)には、入力端20から入力信号V
INが供給されるようになっている。PチャネルMOS
トランジスタP13のゲート(G)は、トランジスタN
13のゲートに共通接続されて、前記入力信号V!Nが
供給されるようになっており、前記トランジスタP13
のドレインは、前記トランジスタN13のドレインと共
に、トランジスタN1のゲートに接続されて、第2の回
路18の出力(VN)を伝達するようになっている。 又、トランジスタP13のソース即ち正端子19及びト
ランジスタP1のゲートのそれぞれには、PfヤネルM
OSトランジスタからなる第4のトランジスタP12の
トレイン(D)及びソース(S)が接続されており、こ
の第4のトランジスタP12のゲートには、第2の基準
電圧vret2が供給されている。 次に、前記のように構成された、第1実施例の出力バッ
ファ回路の動作を、第2図を参照しながら説明する。 今、入力信号VINとしてLが与えられている場合、ト
ランジスタN11.813はオフ、トランジスタpH、
PI3はオンとなるから、第2図において時間j<to
の状態のように第1の回路16の出力(Vp)には、ト
ランジスタpHを介して第2の正電源VOO即ちHが現
われ、第2の回路18の出力(VN)には、トランジス
タpH、PI3及びPI3を介して、同じく、正電源V
 o o H[lちHが現われている。 従って、出力トランジスタP1及びトランジスタN1は
、それぞれのゲートにHが入力されるため、それぞれオ
フ及びオンとなる。これにより、図示しない外部負荷は
、出力トランジスタN1により駆動されて、出力信号v
outは第1の負電源即ちLとなり、このしが他の回路
に送出される。 前記のように入力信号VINがLの状態から、時刻To
においてHに変化すると、トランジスタpH、PI3は
いずれもオフ、トランジスタN11、N13はいずれも
オンとなる。この結果、トランジスタN1のゲートに付
随する寄生容量CN(図示せず)に蓄えられている電荷
は、トランジスタN13を介して第2の電源VSSに放
電され、更に、トランジスタP1のゲートに付随する寄
生容量Cp(図示せず)に蓄積された電荷は、同様に、
トランジスタNil、N12及びN13を介して放電さ
れる。この場合、寄生容量CPの放電が開始する時刻は
、第3のトランジスタN12が導通を開始する時刻に等
しく、出力トランジスタN1のゲート電圧(V N )
が降下して、vN=Vref I  VTN (VTN
 ;NチャネルM OSトランジスタのスレッショルド
電圧)なる関係を満たす時刻t2からである0例えば、
Vrefl=2 (V) 、VTN=1 (V)とすれ
ば、トランジスタN1のゲート電圧が1(V)になって
、このトランジスタN1がオフするのと同時にトランジ
スタN12は導通して、トランジスタP1のゲート電圧
(VP)は降下を開始することとなる。 前記のように、トランジスタN12の導通のタイミング
は、トランジスタN1のゲート電圧(Vl、I)を基に
して、第1の基準電圧Vrefl及びNチャネルMOS
トランジスタのスレッショルド電圧VTNによって設定
される。従って、第1の基準電圧Vref 1を適当に
定めることによってトランジスタP1、N1を介して流
れる貫通電流を防ぐことができる。 又、出力トランジスタP1のゲート電圧VPが降下する
過程において、負端子17の電圧V17が、Vt 7≧
Vrefl+VyNなる領域においては、トランジスタ
N12は飽和領域で動作する。 次いで、出力トランジスタN1のゲート電圧(VN )
がほぼ第2の負電源電圧VSBにまで達し、一定となれ
ば、トランジスタN12は定電流回路として動作し、こ
のときの前記寄生容量cpの放電電流IPはほぼ一定と
なるため、出力トランジスタP1のゲート電圧(Vp)
の変化量もほぼ一定となり、直線的に降下する(第2図
に示す期間j3t4)。 この場合、この電圧Vpの変化量は、トランジスタN1
2の相互コンダクタンス!1mを調節して電流IPを変
えることにより定めることができる。 即ち、トランジスタN12の相互コンダクタンスgmを
調節することによって、トランジスタP1のゲート電圧
(VP )の変化量を小さくでき、これにより、トラン
ジスタP1の導通は電圧(VN)に従って緩やかに行わ
れるため、トランジスタP1が外部負荷を駆動する際の
充電電流等のピーク値を小さくすることができ、電源ノ
イズをより一層小さくすることができる。 更に電圧(Vp)が降下して、負端子17の電圧V、7
が、v、7 <Vref i +V T Nとなると(
第2図のT>T<の期間)、トランジスタN12は三極
管領域で動作することとなり、電流ipは徐々に減少し
、前記電圧(Vp)は負電源VSSに達するまで降下を
続ける。 次に、入力信号VINがHからLに変化する場合につい
ては、以上の動作に対して相補的に動作し、トランジス
タN1に付随する寄生容量CN(図示せず)の充電はト
ランジスタpH、PI3及びPI3を介して行われるが
、容icNの充電が開始されるのは、トランジスタP1
のゲート電圧(Vp)が上昇してV p =Vref 
2 +V 7 p(VTP;PチャネルMO3)ランジ
スタのスレッショルド電圧)なる関係を満たす時刻以降
であり、これ以降正端子19の電圧V19が、■、q≦
■ref2−VTPなる領域においてトランジスタP1
2は飽和領域で導通する。 次いで、トランジスタP1のデー1〜電圧(Vp)が正
電源VOOにほぼ達し一定となると、飽和領域で動作し
ているトランジスタPL2を流れる電流INはほぼ一定
となり、電圧vNの変化量はほぼ一定となる。 更に前記電圧(V、9)が上昇して、V +fl > 
V rf3f2−VTPとなると、トランジスタP12
は三極管領域で動作して、電流iNは徐々に減少し、電
圧(VN)は正電源■り0に達する。 例えば、Vref 2=3 (V) 、 VT p=1
 (V)とすれば、トランジスタP1のゲート電圧(V
p)が4(V)に達すると、このトランジスタP1のオ
フと同時にトランジスタP12は導通してトランジスタ
N1のゲート電圧(VN)は上昇を開始する。やがて、
この電圧(VN )がトランジスタN1のスレッショル
ド電圧VTNを超すと、このトランジスタN1はオンと
なり、図示しない外部負荷を駆動して、他の回路にLを
送出する。又、このとき、トランジスタP12の相互コ
ンダクタンスg1を調節することによって、電圧vNの
変化量を小さくし、トランジスタN1の導通を綬やかに
行なわせることができる。 このようにすれば、トランジスタN1によって外部負荷
を駆動する際の放電電流のピーク値を小さくすることが
でき、よって、接地ノイズをより一層小さくすることが
できる。 次に、本発明の第2の実施例を第3図に示す出力バッフ
7回路について説明する。第3図において、第1図と同
一の機能、作用を存する構成のものには同一符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。 この第2実施例と先の第1実施例との相違点は、第3図
に示すように、第1の回路22及び第2の回路24をそ
れぞれNAND及びNOR構成とすることによって、こ
の出力バッファ回路をトライステート型とした点である
。 即ち、第1の回路22においては、トランジスタpHと
並列にPチャネルMO3)−ランジスタP21を設け、
トランジスタNllとトランジスタN12との間に直列
にトランジスタN21を設け、これらトランジスタP2
1、N21のゲートを共通接続して、信号OEを供給す
る。 又−m2の回路24においては、トランジスタN 13
と並列にNチャネルMoSトランジスタN22を設け、
トランジスタP12とPI3との間には直列にPチャネ
ルMOSトランジスタP22を設け、これらトランジス
タP22、N22のゲートを共通接続し、信号OEを供
給する。 この第2実施例では、上記のように第1及び第2の回路
22.24を構成している。よって、0E=H2OE=
Lの場合には、トランジスタN21、P2.2がオン状
態となるため、この第2実施例の出力バッファ回路は、
先の第1実施例の出力バッファ回路と同様に機能し、入
力信号VINに基づいて、出力信号VOUTを出力する
。 なお、0E=L、0E=Hの場合には、トランジスタP
21、N22がオン状態となるため、第1及び第2の回
路22及び24の出力電圧(Vp、VN)は、それぞれ
H及びしに固定される。従って、出力トランジスタP1
及び出力トランジスタN1は、入力信号VINとは無関
係にいずれもオフとなり、この出力バッファ回路の出力
は、ハイインピーダンス状態に固定される。 この第2実施例においては、第1及び第2の回路22及
び24をそれぞれNAND及びNOR構成とすることに
よって、この出力バッファ回路をトライステート化した
が、この他の手段として、第1及び第2の回路の前段に
それぞれNOR及びNAND回路を適宜設けて同様にト
ライステート化できることは説明するまでもなく明らか
なところである。 前記第1、第2実施例においては、各トランジスタとし
てMOS型のもので構成していたが、本発明に係る出力
バッファ回路の構成はこの種のものに限定されず、他の
トランジスタ一般で構成することができる。又、両実施
例において、第1の正電源と第2の正電源及び第1の負
電源と第2の負電源とは同一のものを供給するようにし
てもよい。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トランジスタP
1及びトランジスタN1をいずれもオフにして、貫通を
流を阻止することができる。又、そのオフのための期間
の設定は、第1及び第2の基準電圧(Vref 1 、
Vref 2 )によって高精度に行うことができる。 しかも、トランジスタパラメータの変動が前記貫通電流
を阻止するための期間に与える影響に対しては、第3及
び第4のトランジスタのスレッショルド電圧の変動が支
配的となるが、このスレッショルド電圧の変動は例えば
0.2〜0.3 (V)程度のものであるから、第1及
び第2の基準電圧を、0.2〜0.3 (V)程度それ
ぞれ正電源VDD及び負電源Vssl!I!に移動させ
て設定しておけば、トランジスタパラメータが変動した
としてもトランジスタP1及びN1を介して流れる貫通
電流を回路の高速性を犠牲にすることなく阻止すること
ができる。よって、電源・接地ノイズを安定に低減する
ことができるという漫れな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例に係る出力バッファ回路
の構成を示す回路図、 第2図は、前記第1実施例に係る回路の応答動作波形例
を示す線図、 第3図は、本発明の第2実施例に係る出力バッファ回路
を示す回路図、 第4図は、従来の出力バッファ回路例を示す回路図、 第5図は、従来の出力バッファ回路の応答動作波形例を
示す線図である。 Pl、 pH、Pl2、Pl3、 P21、P22・・・PチャネルMOSトランジスタ、
Nl、N11N12、N13、 N21、N22・・・NチャネルMOSトランジスタ、
V17・・・負端子電圧、 V19 ・・・正端子電圧、 VIN・・・入力信号、 VOUT・・・出力信号、 Vrefl・・・第1の基準電圧、 Vref2−・・第2の基#−雷電圧 VDO・・・第2の正電源、 VSS・・・第2の負電源、 VTN・・・NチャネルMOSトランジスタのスレッシ
ョルド電圧、 VTP・・・PチャネルMO3)ランジスタのスレッシ
ョルド電圧、 to〜t4・・・時刻、 P・・・時間、 0・・・第1の正電源、 2・・・第1の負電源、 4・・・出力端、 6.22・・・第1の回路、 7・・・負端子、 8.24・・・第2の回路、 9・・・正端子、 0・・・入力端。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の正電源と出力端との間に接続された第1導
    電型の第1のトランジスタと、 第1の負電源と出力端との間に接続された第2導電型の
    第2のトランジスタと、 入力端に入力された入力信号が第1論理レベル又は第2
    論理レベルのとき、前記第1のトランジスタのゲートを
    第2の正電源又は負端子に接続するための第1の回路と
    、 前記入力信号が第1論理レベル又は第2論理レベルのと
    き、前記第2のトランジスタのゲートを正端子又は第2
    の負電源に接続するための第2の回路と、 前記負端子と前記第2のトランジスタのゲートとの間に
    接続され、ゲートに第1の基準電圧が印加された第2導
    電型の第3のトランジスタと、前記正端子と前記第1の
    トランジスタのゲートとの間に接続され、ゲートに第2
    の基準電圧が印加された第1導電型の第4のトランジス
    タと、前記第1の基準電圧及び第2の基準電圧を供給す
    るための手段と、 を有することを特徴とする出力バッファ回路。
JP1312510A 1989-12-01 1989-12-01 出力バッファ回路 Pending JPH03173221A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049586A (ja) * 1998-07-27 2000-02-18 New Japan Radio Co Ltd Cmos出力回路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049586A (ja) * 1998-07-27 2000-02-18 New Japan Radio Co Ltd Cmos出力回路

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