JPH03283914A - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

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JPH03283914A
JPH03283914A JP2084406A JP8440690A JPH03283914A JP H03283914 A JPH03283914 A JP H03283914A JP 2084406 A JP2084406 A JP 2084406A JP 8440690 A JP8440690 A JP 8440690A JP H03283914 A JPH03283914 A JP H03283914A
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transistor
collector
power supply
base
emitter
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JP2084406A
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Kohei Shimada
嶌田 康平
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NEC Home Electronics Ltd
NEC Corp
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NEC Home Electronics Ltd
Nippon Electric Co Ltd
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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2値で表わされる論理信号の電圧レベルを変換
するための回路に関する。
[従来の技術] 従来のレベル変換回路は第3図のような構成になってい
た。ここで、この回路に入力される論理信号は接地電位
かオープンかの2つで表現される。この回路から出力す
る信号は第1の電圧(+Vcc) 、または第2の電圧
(−V□)の2値で表わされる論理信号である。また+
V cc>  V EE、+V CC> Oと仮定する
。この従来のレベル変換回路の第1のNPNトランジス
タ7、のベースはベス抵抗1.を介して第1の電源端子
(+ V cC)に接続されている。
まずこの第1のNPNトランジスタフ、のベースが開放
状態の場合について説明する。
このとき、第1のNPNトランジスタのベースはバイア
スされてオンになり、電流制限抵抗2゜及び8.を通じ
てコレクタ電流を流す。そこで第1のPNPトランジス
タ4.のベースはバイアスされるためオンになり、コレ
クタ抵抗1o、を通じてコレクタ電流を流す、第1−の
PNP トランジスタ4.の飽和電圧が十分水さいと仮
定すると、第2のPNPトランジスタ6、のベース電圧
は第1の電源端子電圧付近まで上昇し、オフとなる。
一方、第1のNPN l−ランジスタフ、がオンになる
ことで電流制限抵抗8.を通じて流れるコレクタ電流は
、第3のPNPトランジスタ9.のベースをバイアスす
るのでこのトランジスタはオンになり、電流制限抵抗1
8.を通じてコレクタ電流を流す。そこで第2のNPN
トランジスタ12、のベースがバイアスされてオンにな
り、この1〜ランジスタの飽和電圧が十分水さいと仮定
すると、出力端子の電圧はほぼ第2の電源端子電圧に等
しい電圧となる。
次に第1のNPN トランジスタ7、のベースが接地電
位の場合について説明する。
このW合、第1のNPNトランジスタフ、のべ入電流が
流れないので、このトランジスタはオフになり、電流制
限抵抗2.及び8.には電流が流れない。そこで第1の
PNPトランジスタもオフになりコレクタ電流が流れな
い。そこで第2のP N I) l−ランジスタロ、の
ベース電流がコレクタ抵抗ICIを通じて流れるために
、このトランジスタはオンになり出力端子にコレクタ電
流を流せるようになる。
一方、第1のNPNトランジスタ7、がオフになると、
第3のPNPトランジスタ9.のベース電圧が第1の電
源端子電圧になるため、このトランジスタもオフになる
そこで電流制限抵抗18.に電流が流れないので第2の
NPNトランジスタ12.のベース電圧が第2の電源端
子電圧になりこのトランジスタもオフになる。
そこで出力端子の電圧はほぼ第1の電源端子電圧に等し
い電圧となる。
以」二のようにしてこの回路は人力された2値の論理レ
ベルに対応した第1の電源端子電圧または第2の電源端
子電圧を出力端子に出力することができる。
[発明が解決しようとする課題] 上記の従来の技術によるレベル変換器において第2のN
PNトランジスタ12.をオンさせるのに必要なベース
電流は、第3のPNPトランジスタ9.を通じて供給さ
れる。
このベース電流の量は第2のNPNトランジスタZ、が
出力端子に接続する負荷に対し、スレシホールド電圧以
下にドライブすることが可能になるように定める必要が
ある。
このベース電流の最小値は出力負荷から流れ込む電流を
第2のNPNトランジスタの電流増幅率で割った値とな
る。そこでこの最小ベース電流値は第1の電源端子電圧
と第2の電源端子電圧のそれぞれの最小値から電流制限
抵抗18.とベース抵抗11.の抵抗値を決定する必要
があった。
ところが、このレベル変換回路がさまざまな電源電圧で
動作する場合に、ひとたび上記のベース電流値を定める
と、供給される電源電圧が大きくなるに徒って、第2の
NPNトランジスタ12゜に供給するベース電流が増加
してしまい、本来筒2のNPNトランジスタ12.がオ
ンするのに必要なベース電流値以上の電流が流れるので
、このレベル変換回路の消費電流が多くなる欠点となっ
ていた。
また、消費電流をある値以下に制限するためには、この
レベル変換回路の動作電圧範囲を制限せざるを得ない欠
点があった。
さらに従来のレベル変換回路では、出力電圧が第2の電
源端子電圧から第1の電源端子電圧に変化するときに、
第2のPNPトランジスタロ、と第2のNPNトランジ
スタ12.が両方オンになる瞬間があり、第1の電源端
子から第2の電源端子に大きな電流が流れる欠点がある
。この貫通電流は電源のインピーダンスが高いとスパイ
ク状の電圧降下を発生させるので、同じ電源を使用する
他の回路の動作に好ましくないものである。
この貫通電流が発生する原因は次の理由によるものであ
る。
出力端子の電圧が第2の電源端子電圧から第1の電源端
子電圧に変化するときに、第1のPNPトランジスタ4
.のオフ時間と第2のPNPトランジスタロ、のオン時
間の合計時間の経過後、第1の電源端子電圧から出力端
子に電流を流し始める。
一方第2の電源端子電圧を出力していた第2のNPNト
ランジスタ12.は、第3のPNPトランジスタ9.が
オフした後にオフになり、出力端子から第2の電源端子
に流す電流を停止するが、この2つのトランジスタはい
ずれもベースがハイインピーダンスとなってオフしなけ
ればならないのでオン時間に比べてオフするのに長い時
間が必要となり、上記の第1の電源端子電圧の出力回路
の第1のPNP トランジスタ4.と第2のPNPトラ
ンジスタ6、の動作時間に比べて長い時間が必要となる
。このため、この差の時間の間、第1の電源端子から第
2の電源端子に貫通電流が流れることになる。
以上説明したように、従来のレベル変換回路は第1の電
源端子電圧の出力回路と、第2の電源端子電圧の出力回
路の動作時間に差があり、この2つの回路が両方ともオ
ンになる時間が存在するため貫通電流が流れる欠点があ
った。
本発明の目的は、少ない消費電力で、しかも広い電源電
圧の範囲に対して動作し、かつ貫通電流が少なく、電源
端子に発生するスイッチングノイズを極力少なくしたレ
ベル変換回路を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明のレベル変換回路は、第2の電源端子電圧を出力
する第2のNPNトランジシタ12.に対してベース電
流を供給する第3のpNnトランジスタ9.を第1図の
ようにカレントミラー回路を使用したり、第2図のよう
にベース抵抗16゜、エミッタ抵抗15.を用いて飽和
しない状態で動作する回路手段を備えている。
[作用] 本発明によるレベル変換回路によれば、第3のPNP 
1〜ランジスタ9.が定電流源として動作し、第2のN
PNトランジスタ12.のエミッタ電圧すなわち第2の
電源端子電圧にかかわらず、定のベース電流を与えるこ
とができるので、第2の電源端子の電圧が大きく変動し
てもこのレベル変換回路の消費電流が増加せず、広い電
源電圧範囲でも最小の消費電流で動作させることができ
る利点がある。
さらに第3のPNPトランジスタ9.が飽和しないので
スイッチング時間が早くなり、出力端子電圧が第2の電
源端子電圧(−V□)から第1の電源端子電圧(+Vc
c)に変化する場合、飽和状態からオフするトランジス
タは、第2の電源端子電圧の出力回路側では第2のNP
Nトランジスタ12、であり、第1の電源端子電圧の出
力回路側では第1のPNPトランジスタ4.の各1個に
なり、両方のオフ時間がほぼ等しく、しかも第3のPN
Pトランジスタ9.のオフ時間と第2のPNPトランジ
スタ6、オン時間がそれぞれ速いので、第2の電圧出力
回路のオフ時間と第1の電圧出力回路のオン時間がほぼ
等しくなり一貫通電流発生時間が短くなる。
また出力端子電圧が第1の電源端子電圧から、第2の電
源端子電圧に変化する場合については、第3のPNPト
ランジスタ9.のオン時間、第2のNPN トランジス
タ12.のオン時間で定まる第2の電源端子電圧出力回
路のオン時間と、第1のPNPトランジスタ4.のオン
時間と第2のPNPF−ランジスタロ、のオフ時間で定
まる第1の電源端子電圧出力回路のオフ時間の差が貫通
電流の発生時間になる。
第2のPNPトランジスタ6、のオフ時間はベースが強
制的に第1の電源端子電圧に引き上げられるので前述し
たトランジスタのオフ時間より早いため、比較的少ない
時間の貫通電流の発生で済むことになる。
すなわち本発明のレベル変換回路によれば広い電源電圧
範囲で使用でき、しかも低消費電流で、スイッチングノ
イズの少ない動作が可能な利点がある。
[実施例] 第1図、第2図は本発明の実施例で以下図面を参照して
発明する。なお槌来例と共通する部分には同一の符号を
付す。
1、はベース抵抗、2.は電流制限抵抗、3゜はベース
抵抗、4.は第1のPNPトランジスタ、5.はエミッ
タ抵抗、6.は第2のPNPトランジスタ、7.は第1
のNPNトランジスタ、8、は電流制限抵抗、9.は第
3のPNPトランジスタ、10.はコレクタ抵抗、11
.はベース抵抗、12.は第2のNPNトランジスタ、
13゜はベース抵抗、14.はエミッタ抵抗、15.は
エミッタ抵抗、17.は電流制限抵抗、INは入力端子
、OUTは出力端子、+ V ccは第1の電源端子、
 V1z2は第2の電源端子である。
まず、第1図のレベル変換回路について説明する。さら
に入力端子に加えられる信号がオープンの状態の場合か
ら説明する。
このとき、第1のNPN l−ランジスタフ、のベース
はベース抵抗1.によってベース電流が流れるため、オ
ンになり、電流制限抵抗2.および8、を通じてコレク
タ電流を流す。そこで第1のPNPトランジスタ4.の
ベースはバイアスされるためオンになリコレクタ抵抗1
0.を通じてコレクタ電流を流すため、第1のPNP 
F−ランジスタ4、の飽和電圧が十分水さいと仮定する
と、第2のPNPトランジスタ6、のベース電圧は第1
の電源端子電圧付近まで上昇し、オフとなる。
一方、第1のNPNトランジスタ7、がオンになること
で第3のPNPF−ランジスタ9.と第4のPNP ト
ランジスタ13.で構成されるカレントミラー回路が動
作し、第3のPNPトランジスタ9.のコレクタは定電
流源となり、第2のN PNトランジスタ12.はオン
になり、このトランジスタの飽和電圧が十分水さいと仮
定すると、出力端子の電圧はほぼ第2の電源端子電圧に
等しい電圧となる。
次に、入力端子に加えられる信号が接地状態の場合につ
いて説明する。
このとき、第1のNPN トランジスタ7、のべ入電流
が流れないので、このトランジスタはオフになり、電流
制限抵抗2.および8.には電流が流れない。そこで第
1のPNPトランジスタ4、のベース電圧は第1の電源
端子電圧になるためこのトランジスタもオフになり、コ
レクタ電流が流れない。すると第2のPNPトランジス
タ6゜のベース電流がコレクタ抵抗10.を通じて流れ
るためにこのトランジスタはオンになり出力端子にコレ
クタ電流を流せるようになる。一方、第1のNPNトラ
ンジスタ7、がオフになると、第3のPNPトランジス
タ9.のベース電圧が第1の電源端子電圧付近になるた
め、このカレントミラ回路は動作せず、第2のNPNト
ランジスタ12、のベース電流が流れないのでオフにな
る。
そこで出力端子の電圧はほぼ第1の電源端子電圧に等し
い電圧となる。以上のようにして入力端子の状態に対応
した電圧を出力端子に出力することができる。以上のよ
うにして入力端子から入力された信号をレベル変換して
出力端子に出力することができる。
次に、第2図のレベル変換回路について説明する。
この回路は第1のNPNトランジスタフ、のベースを電
流制限抵抗17.を介して入力端子に接続してあり、入
力端子に加える論理信号がトーテムポール型の論理回路
の出力のように、ハイレベルの論理状態のときに電流を
流し出す形式の回路に対して使用することができるもの
で、入力端子がハイレベルの場合には電流制限抵抗17
.を通じて第1のNPN l−ランジスタフ、にベース
電流が流れるためこのトランジスタはオンすることがで
き、後の回路を作動させることができる。
また入力端子が開放状態または接地状態のときには第1
のNPNトランジスタ7、はオフすることになる。後の
回路については第1図の回路であってもよく、前記の場
合と同様に動作する。すなわち第2図の入力部の第1の
NPNトランジスタ7、の回路形成は入力端子に加える
論理回路の出力形式によって変更可能であり、第2図に
おける第3のPNP トランジスタ9.の回路形成とは
独立に組み合わせて使用可能であることを示している。
また、第2図は第3のPNPトランジスタ9゜のベース
、エミッタ間電圧を補償するための、ダイオード接続し
た第4のPNP トランジスタ13、を短絡除去した構
成であり、動作は第1−のNPNトランジスタ7、がオ
ンした場合には、第3のr’NI)l−ランジスタ9.
のベースが電流制限抵抗8、とベース抵抗16.の比で
定まる電圧にバイアスされ一エミッタはベース・エミッ
タ間電圧骨だけ高い電圧になる。このため第3のPNP
トランジスタ9.はエミッタ抵抗15.で定まる定電流
源となり、コレクタから電流を流し出し、第2のNPN
トランジスタ12、をオンさせることができる。
一方第1のNPNトランジスタ7、がオフした場合には
、第3のPNPトランジスタ9.はオフするため、第2
のNPNトランジスタ12.もオフすることになる。
この部分の動作については第1図のカレントミラー回路
の動作と同じであり、他の部分の回路は第1図の回路で
あってもよく一上記の場合と同様に動作し、、レベル変
換を行うことができる。すなわち第2図の第3のPNP
トランジスタ9.の回路形式については第1の電源端子
に加える電圧が十分大きく、トランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧が回路設計上、無視できる場合に用いるこ
とができ、第2図における第1のNPN l−ランジス
タフ、による入力部の回路形式とは独立に組み合わせて
使用可能であることを示している。
前記の実施例中で使用しているベース抵抗3゜及び11
.につぃては、第1のPNPトランジスタ4.及び第2
のNPNF−ランジスタ12.のオフ時間がこのレベル
変換回路の動作させる時間と比較して無視できる場合に
は省略しても構わないまた、実施例中のエミッタ抵抗5
.につぃては、貫通電流の電流制限の目的で使用してい
るので、 f’を通電流が流れる他の場所に挿入しても
構わない。また、貫通電流が無視できれば削除しても楕
わない。
さらに第1図のダイオード接続した第4のPNPトラン
ジスタ13.につぃては、第3のPNPトランジスタ9
.のベース、エミッタ間の特性と類似したダイオードに
置き換えても構わない。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は、供給される電源電圧の動
作範囲を広くしても、少ない消費電流で動作可能で、し
かも正負側の出力回路の動作時間がほぼ等しくない、貫
通電流が減少し、スイッチングノイズの少ない動作を行
えるという効果がある。
このため、パーソナルコンピュータと電子手帳等のデー
タの送受信に用いるインタフェース回路に適する効果も
ある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例であり、第2図は本発明の他
の実施例、第3図は従来例である。 ■、・・・ベース抵抗、2.・・・電流制限抵抗、3.
・・・ベース抵抗、4.・・・第1のPNPトランジス
タ、5.・・・エミッタ抵抗、6・・・第2のPNPト
ランジスタ、7.−−・第1のNPNトランジスタ、8
.・・・電流制限抵抗、9.・・・第3のPNPトラン
ジスタ、10、・・・コレクタ抵抗、11.・・−ベー
ス抵抗、12.・・・第2のNPNトランジスタ、13
、・・−第4のPNI)トランジスタ、14゜・・エミ
ッタ抵抗−15,・・・エミッタ抵抗、16、・−・ベ
ース抵抗、17.・・・電流制限抵抗、18.・・・電
流制限抵抗−IN−・・入力端子、OUT・・・出力端
子、+Vcc・・・第1の電源端子、−V、ア・・・第
2の電源端子。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、所定のスレシホールド電圧によって2値を表現
    する論理信号を、この論理信号と異なるスレシホールド
    電圧の論理信号に変換するためのレベル変換回路におい
    て、 入力端子に接続されたベースを有し、エミッタ接地され
    た第1のNPNトランジスタを備え、第1の電源端子か
    らベース抵抗を介して前記ベースに接続された入力回路
    と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第1の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、コレクタからコレクタ抵抗を介して接
    地された第1のPNPトランジスタと、この第1のPN
    Pトランジスタのコレクタに接続されたベースを有し、
    エミッタ抵抗を介して前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、出力端子に接続されたコレクタを有す
    る第2のPNPトランジスタとを備えた第1の電圧出力
    回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第2の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、次段トランジスタに電流を流すコレク
    タによる第3のPNPトランジスタと、この第3のPN
    Pトランジスタのベースに対してコレクタとベースを接
    続し、エミッタ抵抗を介して、前記第1の電源端子に接
    続され、前記第3のPNPトランジスタと共にカレント
    ミラー回路を構成する第4のPNPトランジスタと、第
    2の電源端子に接続されたエミッタを有し、前記第3の
    PNPトランジスタのコレクタに接続されたベースを有
    し、出力端子に接続されたコレクタを有する第2のNP
    Nトランジスタとを備えた第2の電圧出力回路とを具備
    したことを特徴とするレベル変換回路。
  2. (2)、所定のスレシホールド電圧によって2値を表現
    する論理信号を、この論理信号と異なるスレシホールド
    電圧の論理信号に変換するためのレベル変換回路におい
    て、 入力端子に一端が接続された電流制限抵抗と、この電流
    制限抵抗の他端がベースに接続され、エミッタ接地され
    た第1のNPNトランジスタを備えた入力回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第1の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、コレクタからコレクタ抵抗を介して接
    地された第1のPNPトランジスタと、この第1のPN
    Pトランジスタのコレクタに接続されたベースを有し、
    エミッタ抵抗を介して前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、出力端子に接続されたコレクタを有す
    る第2のPNPトランジスタとを備えた第1の電圧出力
    回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第2の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、次段トランジスタに電流を流すコレク
    タによる第3のPNPトランジスタと、この第3のPN
    Pトランジスタのベースに対してコレクタとベースを接
    続し、エミッタ抵抗を介して、前記第1の電源端子に接
    続され、前記第3のPNPトランジスタと共にカレント
    ミラー回路を構成する第4のPNPトランジスタと、第
    2の電源端子に接続されたエミッタを有し、前記第3の
    PNPトランジスタのコレクタに接続されたベースを有
    し、出力端子に接続されたコレクタを有する第2のNP
    Nトランジスタとを備えた第2の電圧出力回路とを具備
    したことを特徴とするレベル変換回路。
  3. (3)、所定のスレシホールド電圧によって2値を表現
    する論理信号を、この論理信号と異なるスレシホールド
    電圧の論理信号に変換するためのレベル変換回路におい
    て、 入力端子に接続されたベースを有し、エミッタ接地され
    た第1のNPNトランジスタを備え、第1の電源端子か
    らベース抵抗を介して前記ベースに接続された入力回路
    と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第1の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、コレクタからコレクタ抵抗を介して接
    地された第1のPNPトランジスタと、この第1のPN
    Pトランジスタのコレクタに接続されたベースを有し、
    エミッタ抵抗を介して前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、出力端子に接続されたコレクタを有す
    る第2のPNPトランジスタとを備えた第1の電圧出力
    回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第2の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記一端が第1の電源端子に接続
    されたベース抵抗と、エミッタ抵抗を通じて第1の電源
    端子に接続されたエミッタと、次段トランジスタに電流
    を出力するコレクタによる第3のPNPトランジスタと
    、エミッタが第2の電源端子に接続され、ベースが前記
    第3のPNPトランジスタのコレクタに接続され、コレ
    クタが出力端子に接続された第2のNPNトランジスタ
    とを備えた第2の電圧出力回路を具備したことを特徴と
    するレベル変換回路。
  4. (4)、所定のスレシホールド電圧によって2値を表現
    する論理信号を、この論理信号と異なるスレシホールド
    電圧の論理信号に変換するためのレベル変換回路におい
    て、 入力端子に一端が接続された電流制限抵抗と、この電流
    制限抵抗の他端がベースに接続され、エミッタ接地され
    た第1のNPNトランジスタを備えた入力回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第1の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、コレクタからコレクタ抵抗を介して接
    地された第1のPNPトランジスタと、この第1のPN
    Pトランジスタのコレクタに接続されたベースを有し、
    エミッタ抵抗を介して前記第1の電源端子に接続された
    エミッタを有し、出力端子に接続されたコレクタを有す
    る第2のPNPトランジスタとを備えた第1の電圧出力
    回路と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに一端が接続
    された第2の電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の他端
    にベースが接続され、前記一端が第1の電源端子に接続
    されたベース抵抗と、エミッタ抵抗を通じて第1の電源
    端子に接続されたエミッタと、次段トランジスタに電流
    を出力するコレクタによる第3のPNPトランジスタと
    、エミッタが第2の電源端子に接続され、ベースが前記
    第3のPNPトランジスタのコレクタに接続され、コレ
    クタが出力端子に接続された第2のNPNトランジスタ
    とを備えた第2の電圧出力回路を具備したことを特徴と
    するレベル変換回路。
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