JPH04134923A - バッファ回路 - Google Patents
バッファ回路Info
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- JPH04134923A JPH04134923A JP2255073A JP25507390A JPH04134923A JP H04134923 A JPH04134923 A JP H04134923A JP 2255073 A JP2255073 A JP 2255073A JP 25507390 A JP25507390 A JP 25507390A JP H04134923 A JPH04134923 A JP H04134923A
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- Japan
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- voltage
- gate
- threshold
- cmos logic
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- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
- H03K19/0185—Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
- H03K19/018507—Interface arrangements
- H03K19/01855—Interface arrangements synchronous, i.e. using clock signals
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00369—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
- H03K19/00384—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K19/018507—Interface arrangements
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- Mathematical Physics (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
- Dram (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、CMOS (相補MO3型電界効果トランジ
スタ)を用いた半導体集積回路のチップ外からの入力信
号を受ける入力インターフェース回路として適するバッ
ファ回路に関するもので、特に、T T L (Tra
nsistar Transistar Logic
)標準入出力仕様に適合した入力バッファ回路に使用さ
れるものである。
スタ)を用いた半導体集積回路のチップ外からの入力信
号を受ける入力インターフェース回路として適するバッ
ファ回路に関するもので、特に、T T L (Tra
nsistar Transistar Logic
)標準入出力仕様に適合した入力バッファ回路に使用さ
れるものである。
従来技術によるTTL人カバッファ回路の代表的な回路
図を第9図に示した。この回路は、0MO8構成の最も
基本的なプッシュプル論理回路技術を用いた2人力NO
Rである。Ql、Q2がNOR回路を構成するP M
OS SQ 3 、Q 4がNMOSトランジスタ、A
がチップ外部からの入力信号で、11がそのチップの入
力端子であり、チップ選択信号C85が選択時、すなわ
ち低電位レベル(“0mレベル)のとき、出力Aは、入
力Aの論理反転が出力される。信号cs”が非選択時は
、信号Aは“0ルベルに固定される。
図を第9図に示した。この回路は、0MO8構成の最も
基本的なプッシュプル論理回路技術を用いた2人力NO
Rである。Ql、Q2がNOR回路を構成するP M
OS SQ 3 、Q 4がNMOSトランジスタ、A
がチップ外部からの入力信号で、11がそのチップの入
力端子であり、チップ選択信号C85が選択時、すなわ
ち低電位レベル(“0mレベル)のとき、出力Aは、入
力Aの論理反転が出力される。信号cs”が非選択時は
、信号Aは“0ルベルに固定される。
このC81が、チップ内部で作られるため、いわゆるC
MO5論理レベル、すなわち、高電位レベル(“1“レ
ベル)がVcc(電源電位)、低電位レベル(“0ルベ
ル)がOV(接地電位)であるのに対し、チップ外部の
入出力信号はTTL入出力仕様に適合した論理レベルで
やりとりされるのが大半である。この時、“1”入力レ
ベルは2.2V(または2.OV)以上、“0”入力レ
ベルは0.8V以下という仕様である。
MO5論理レベル、すなわち、高電位レベル(“1“レ
ベル)がVcc(電源電位)、低電位レベル(“0ルベ
ル)がOV(接地電位)であるのに対し、チップ外部の
入出力信号はTTL入出力仕様に適合した論理レベルで
やりとりされるのが大半である。この時、“1”入力レ
ベルは2.2V(または2.OV)以上、“0”入力レ
ベルは0.8V以下という仕様である。
従って第9図のNOR回路の入力Aの論理しきい値電圧
(反転電圧)は“1”レベルと“0°レベルの中間であ
る1、5Vで一定であることが、ノイズマージンの点、
などから望ましい。特にTTLは出力論理振幅が大きい
ために、ノイズが大きいので、この論理しきい値が一定
であることが強く要求される。このしきい値電圧1.5
vに合せるように、各トランジスタのゲート幅Wとゲー
ト長しが選ばれる。この際、論理しきい値v1Nvは、
MOSの電流電圧特性をショックレーの式で表現する解
析的な手法を用いると簡単な近似式として、 ただし くVcc:電源電圧、v、、、 V7p:それぞれNM
OS、PMOSのしきい値電圧、W、、/L□。
(反転電圧)は“1”レベルと“0°レベルの中間であ
る1、5Vで一定であることが、ノイズマージンの点、
などから望ましい。特にTTLは出力論理振幅が大きい
ために、ノイズが大きいので、この論理しきい値が一定
であることが強く要求される。このしきい値電圧1.5
vに合せるように、各トランジスタのゲート幅Wとゲー
ト長しが選ばれる。この際、論理しきい値v1Nvは、
MOSの電流電圧特性をショックレーの式で表現する解
析的な手法を用いると簡単な近似式として、 ただし くVcc:電源電圧、v、、、 V7p:それぞれNM
OS、PMOSのしきい値電圧、W、、/L□。
W pr/ L pr、 W P2/ L p2:それ
ぞれトランジスタQ3.Q1.Q2のゲート幅/ゲート
長、μ、。
ぞれトランジスタQ3.Q1.Q2のゲート幅/ゲート
長、μ、。
μ、:それぞれNMOS、PMOSの移動度)と表され
る。
る。
上記のものにあっては、βN/βPすなわちトランジス
タサイズを調節して、標準電圧で、VINV−1,5V
となるように設計することは可能である。しかし、TT
L仕様ではrVCC−”5V±0,5VJであり、明ら
かに電源電圧VCCがこの仕様内で変化するとV、Nv
は変わってしまう。更に製造工程上のばらつきで、v、
、、vT、は±0.2Vの範囲で変動することを許容せ
ねばならず、これもvINvの変動を引き起こす。また
温度変化の影響もあり、その影響で■TP+ vTN+
β9.β、も変動する。このため従来例では、VINV
の変動が簡単にTTL仕様の範囲で±0.5・7以上変
動してしまい、入力レベルのTTL仕様のノイズマージ
ンを大きく削ってしまうという欠点が避けられない。こ
のため、ノイズが大きくなることを避けるために出力バ
ッファを遅くする必要が生じ、LSIの動作周波数の高
速化を妨げる。
タサイズを調節して、標準電圧で、VINV−1,5V
となるように設計することは可能である。しかし、TT
L仕様ではrVCC−”5V±0,5VJであり、明ら
かに電源電圧VCCがこの仕様内で変化するとV、Nv
は変わってしまう。更に製造工程上のばらつきで、v、
、、vT、は±0.2Vの範囲で変動することを許容せ
ねばならず、これもvINvの変動を引き起こす。また
温度変化の影響もあり、その影響で■TP+ vTN+
β9.β、も変動する。このため従来例では、VINV
の変動が簡単にTTL仕様の範囲で±0.5・7以上変
動してしまい、入力レベルのTTL仕様のノイズマージ
ンを大きく削ってしまうという欠点が避けられない。こ
のため、ノイズが大きくなることを避けるために出力バ
ッファを遅くする必要が生じ、LSIの動作周波数の高
速化を妨げる。
これを避けるために第10図のような従来例の回路図も
提唱されている。これは、電源電圧特性、温度特性の保
償された基準電圧源VCS(+1.5V)と外部入力A
を差動増幅回路21で比較増幅した後、NOR回路を通
してAを得るという方式である。これだとV。Sが保償
されている限り、電源電圧、温度に依存せず、入力レベ
ルを一定に保つことが可能である。しかしながら、差動
増幅回路21の動作応答速度だけ、入カバッファ回路の
速度が遅くなってしまう欠点がある。
提唱されている。これは、電源電圧特性、温度特性の保
償された基準電圧源VCS(+1.5V)と外部入力A
を差動増幅回路21で比較増幅した後、NOR回路を通
してAを得るという方式である。これだとV。Sが保償
されている限り、電源電圧、温度に依存せず、入力レベ
ルを一定に保つことが可能である。しかしながら、差動
増幅回路21の動作応答速度だけ、入カバッファ回路の
速度が遅くなってしまう欠点がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、電源電圧、
温度に依らず、論理しきい値電圧を一定に保ち、ノイズ
マージンの大きい、しかも速度の速いTTL人カバカバ
ッファて適するバッファ回路を提供することを目的とす
る。
温度に依らず、論理しきい値電圧を一定に保ち、ノイズ
マージンの大きい、しかも速度の速いTTL人カバカバ
ッファて適するバッファ回路を提供することを目的とす
る。
(課題を解決するための手段と作用)
本発明は、1つのゲート入力端子を他の回路からの入力
としたCMOS論理ゲートと、前記入力端子に接続され
たMOSトランジスタを含む電流貫通経路に挿入された
しきい値制御用MO3トランジスタと、前記入力端子に
おける論理しきい値電圧が、電源電圧及びまたは温度に
依存せず設定論理しきい値電圧に一致するように前記し
きい値制御用MOSトランジスタのゲート電圧を制御す
る制御回路とを具備したことを特徴とする。
としたCMOS論理ゲートと、前記入力端子に接続され
たMOSトランジスタを含む電流貫通経路に挿入された
しきい値制御用MO3トランジスタと、前記入力端子に
おける論理しきい値電圧が、電源電圧及びまたは温度に
依存せず設定論理しきい値電圧に一致するように前記し
きい値制御用MOSトランジスタのゲート電圧を制御す
る制御回路とを具備したことを特徴とする。
即ち、本発明では、従来のCMOS論理ゲートに挿入し
たしきい値制御用MOSトランジスタのゲート電圧を制
御して、温度、電圧特性の変動をキャンセルして、論理
ゲートの論理しきい値電圧を一定に保っている。また上
記しきい値制御用MOSトランジスタは、例えば第10
図の差動増幅段21を介さずに、直接CMOS論理ゲー
トで信号伝搬が行なえる構成となるため、信号伝搬遅延
の要素か削減され、高速動作が可能となる。
たしきい値制御用MOSトランジスタのゲート電圧を制
御して、温度、電圧特性の変動をキャンセルして、論理
ゲートの論理しきい値電圧を一定に保っている。また上
記しきい値制御用MOSトランジスタは、例えば第10
図の差動増幅段21を介さずに、直接CMOS論理ゲー
トで信号伝搬が行なえる構成となるため、信号伝搬遅延
の要素か削減され、高速動作が可能となる。
(実施例)
第1図に本発明の一実施例による入力バッファ回路図を
示す。ここでトランジスタQl、Q2゜Q3.Q4で従
来例の第9図と同じ2人力NOR回路を構成し、Aがチ
ップ外部からの入力端子、cs”はチップ選択制御信号
である点も変わらない。PMO3トランジスタQoが、
電源端子−〇+−Q2=03−接地端子と入力端子11
の論理しきい値電圧を決定する貫通電流経路に挿入され
た論理しきい値制御可能なバッファ回路である。TTL
回路は入力端子11の前段に設けられる。上記PMO8
I−ランジスタQoのゲート電位V REPを制御して
入力端子11の論理しきい値が、1.5Vに保たれるよ
うにする。
示す。ここでトランジスタQl、Q2゜Q3.Q4で従
来例の第9図と同じ2人力NOR回路を構成し、Aがチ
ップ外部からの入力端子、cs”はチップ選択制御信号
である点も変わらない。PMO3トランジスタQoが、
電源端子−〇+−Q2=03−接地端子と入力端子11
の論理しきい値電圧を決定する貫通電流経路に挿入され
た論理しきい値制御可能なバッファ回路である。TTL
回路は入力端子11の前段に設けられる。上記PMO8
I−ランジスタQoのゲート電位V REPを制御して
入力端子11の論理しきい値が、1.5Vに保たれるよ
うにする。
即ち、電源V cc−5Vのときに回路しきい値が1.
5vになるようにV REPを中間電位にしておき、電
源電圧VCCが上昇したときにはV RI!Pが上がり
、電源電圧VCCが下降したときにはV REFが下が
ることで、論理しきい値電圧の変動を抑制する。温度特
性−トランジスタの回路しきい値変動による影響も同様
にV IIEPを変化させることで対応する。これは前
記(1)式で、βN/βPを調節してVINV−1,5
Vに一定化することを意味する。vREP発生回路は後
述する。
5vになるようにV REPを中間電位にしておき、電
源電圧VCCが上昇したときにはV RI!Pが上がり
、電源電圧VCCが下降したときにはV REFが下が
ることで、論理しきい値電圧の変動を抑制する。温度特
性−トランジスタの回路しきい値変動による影響も同様
にV IIEPを変化させることで対応する。これは前
記(1)式で、βN/βPを調節してVINV−1,5
Vに一定化することを意味する。vREP発生回路は後
述する。
第2図は本発明による他の実施例を示す。これは論理ゲ
ートの電流経路にしきい値制御用NMOSトランジスタ
QOIを挿入した場合である。このときのvREPの制
御も、第1図と同様、電源電圧V。0が上昇したときは
上昇させ、下降したときは下降させる。
ートの電流経路にしきい値制御用NMOSトランジスタ
QOIを挿入した場合である。このときのvREPの制
御も、第1図と同様、電源電圧V。0が上昇したときは
上昇させ、下降したときは下降させる。
また人力バッフ7回路はNOR回路だけでなく、インバ
ータ、NAND回路を用いても構成できる。
ータ、NAND回路を用いても構成できる。
第3図、第4図はインバータの場合の本発明による他の
実施例、第5図、第6図はNAND回路の場合の他の実
施例を示したものである。ここで0MOSトランジスタ
Q5.Q6はインバータを構成し、CMO5トランジス
タQ7〜Q[lはNAND回路を構成する。これら各図
の構成においても、しきい値制御用トランジスタQo、
Qo+は、論理しきい値電圧が一定となるようにゲート
電圧が制御されるものである。
実施例、第5図、第6図はNAND回路の場合の他の実
施例を示したものである。ここで0MOSトランジスタ
Q5.Q6はインバータを構成し、CMO5トランジス
タQ7〜Q[lはNAND回路を構成する。これら各図
の構成においても、しきい値制御用トランジスタQo、
Qo+は、論理しきい値電圧が一定となるようにゲート
電圧が制御されるものである。
上記制御電圧VREFを発生する制御電圧発生回路の一
具体例を第7図に示す。
具体例を第7図に示す。
第7図に示すように入力バッファを同じあるいはトラン
ジスタ幅と比例縮少したトランジスタサイズを有する論
理しきい値電圧のモニター回路31によってモニターす
る。この、モニター回路31の入力には、電圧、温度特
性を保償した基準電圧発生回路を用いる。この基準電圧
は1.5V付近のものを用いればよい。例えば、PN接
合ダイオード2段積みが簡単な例であるし、保償特性を
よくしたければ、バイポーラ素子を用いたバンドギャッ
プ回路(Vc s =1.3V)を用いることができる
。これにより、論理しきい値電圧と同じ入力VC5がモ
ニター回路31に入力した状態が再現できる。このモニ
ター回路31の出力VOIと、抵抗分割を用いて作った
Vcc/2発生回路32の出力Vo2とを差動増幅回路
33で増幅してV REPとし、各トランジスタQ。の
ゲートにフィードバックすることで、vol−vo2と
なる電圧にV REPが制御される。これはすなわち、
例えば第1図の入力バッファ回路の論理しきい値が、V
CSになる状態が実現できていることに他ならない。こ
のようにフィードバック制御にすることで、VCSの保
償特性によるが、電源電圧、温度、トランジスタのしき
い値のばらつきによらず、第1図等の入力バッファ回路
の回路しきい値をVCS←1.5Vに一定化することが
可能である。例えばVCSの発生回路としてよく知られ
ているバイポーラを用いたバンドギャップ回路を用いれ
ばよい。
ジスタ幅と比例縮少したトランジスタサイズを有する論
理しきい値電圧のモニター回路31によってモニターす
る。この、モニター回路31の入力には、電圧、温度特
性を保償した基準電圧発生回路を用いる。この基準電圧
は1.5V付近のものを用いればよい。例えば、PN接
合ダイオード2段積みが簡単な例であるし、保償特性を
よくしたければ、バイポーラ素子を用いたバンドギャッ
プ回路(Vc s =1.3V)を用いることができる
。これにより、論理しきい値電圧と同じ入力VC5がモ
ニター回路31に入力した状態が再現できる。このモニ
ター回路31の出力VOIと、抵抗分割を用いて作った
Vcc/2発生回路32の出力Vo2とを差動増幅回路
33で増幅してV REPとし、各トランジスタQ。の
ゲートにフィードバックすることで、vol−vo2と
なる電圧にV REPが制御される。これはすなわち、
例えば第1図の入力バッファ回路の論理しきい値が、V
CSになる状態が実現できていることに他ならない。こ
のようにフィードバック制御にすることで、VCSの保
償特性によるが、電源電圧、温度、トランジスタのしき
い値のばらつきによらず、第1図等の入力バッファ回路
の回路しきい値をVCS←1.5Vに一定化することが
可能である。例えばVCSの発生回路としてよく知られ
ているバイポーラを用いたバンドギャップ回路を用いれ
ばよい。
第8図に制御回路の他の実施例を示す。ここでは、フィ
ードバック増幅手段にインバータ41゜42を用いてい
る。そしてインバータ42の出力のコンデンサ43の一
端から、しきい鏡制御電圧VREFを得ている。
ードバック増幅手段にインバータ41゜42を用いてい
る。そしてインバータ42の出力のコンデンサ43の一
端から、しきい鏡制御電圧VREFを得ている。
このように実施例によるTTL人カバッファ回路におい
ては、外部からの入力端子の論理しきい値電圧を決定す
る電流経路に挿入されたMOSFETのゲート電位を、
論理しきい値が例えば1.5vに一定化されるようモニ
ター回路を用いてフィードバック制御することで、電源
電圧依存性、温度依存性、プロセスばらつきによらず、
論理しきい値を一定にした高ノイズマージンで、しかも
差動増幅回路21を通してスピードが遅くなったりしな
い高速な動作をする効果がある。
ては、外部からの入力端子の論理しきい値電圧を決定す
る電流経路に挿入されたMOSFETのゲート電位を、
論理しきい値が例えば1.5vに一定化されるようモニ
ター回路を用いてフィードバック制御することで、電源
電圧依存性、温度依存性、プロセスばらつきによらず、
論理しきい値を一定にした高ノイズマージンで、しかも
差動増幅回路21を通してスピードが遅くなったりしな
い高速な動作をする効果がある。
以上説明した如く本発明によれば、電源電圧、温度によ
らず、論理しきい値電圧を一定に保ち、ノイズマージン
の大きい、しかも動作速度の速いバッファ回路が提供で
きるものである。
らず、論理しきい値電圧を一定に保ち、ノイズマージン
の大きい、しかも動作速度の速いバッファ回路が提供で
きるものである。
第1図ないし第6図は本発明の各実施例の回路図、第7
図、第8図は上記実施例の制御電圧を得る回路図、第9
図、第10図は従来のバッフアン回路図である。 Q1〜Q[l・・・CMOS論理回路のトランジスタ、
Qo、Qo+・・・しきい値制御用トランジスタ、Vc
c・・・電源、31・・・モニター回路(ダミーCMO
S論理回路) 、33,41.42・・・増幅回路。 第1図 第2図 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3図 第4図 第5図 第6図 篤 第 図 図 第9 図 第10図
図、第8図は上記実施例の制御電圧を得る回路図、第9
図、第10図は従来のバッフアン回路図である。 Q1〜Q[l・・・CMOS論理回路のトランジスタ、
Qo、Qo+・・・しきい値制御用トランジスタ、Vc
c・・・電源、31・・・モニター回路(ダミーCMO
S論理回路) 、33,41.42・・・増幅回路。 第1図 第2図 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3図 第4図 第5図 第6図 篤 第 図 図 第9 図 第10図
Claims (5)
- (1)少なくとも1つのゲート入力端子を他の回路から
の入力としたCMOS論理ゲートと、前記入力端子に接
続されたMOSトランジスタを含む電流貫通経路に挿入
されたしきい値制御用MOSトランジスタと、前記入力
端子における論理しきい値電圧が、電源電圧及びまたは
温度に依存せず設定論理しきい値電圧に一致するように
前記しきい値制御用MOSトランジスタのゲート電圧を
制御する制御回路とを具備したことを特徴とするバッフ
ァ回路。 - (2)前記制御回路は、前記しきい値制御用MOSトラ
ンジスタを含む前記CMOS論理回路と同一または比例
したサイズを有するダミーCMOS論理回路と、該回路
の出力を増幅して前記CMOS論理回路及び前記ダミー
CMOS論理回路の各しきい値制御用MOSトランジス
タのゲートに対しフィードバック制御を行なうフィード
バック回路を具備したことを特徴とする請求項1に記載
のバッファ回路。 - (3)前記CMOS論理ゲートは、NOR回路またはN
AND回路またはインバータである請求項1に記載のバ
ッファ回路。 - (4)前記しきい値制御用MOSトランジスタは単数ま
たは複数のPMOS及びまたはNMOSトランジスタで
ある請求項1に記載のバッファ回路。 - (5)前記他の回路は、前記CMOS論理ゲートを構成
するチップの外の回路である請求項1に記載のバッファ
回路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2255073A JP2758259B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | バッファ回路 |
KR1019910016654A KR940006619B1 (ko) | 1990-09-27 | 1991-09-25 | 버퍼회로 |
US07/766,357 US5268599A (en) | 1990-09-27 | 1991-09-26 | TTL to CMOS input buffer using CMOS structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2255073A JP2758259B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | バッファ回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04134923A true JPH04134923A (ja) | 1992-05-08 |
JP2758259B2 JP2758259B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=17273761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2255073A Expired - Fee Related JP2758259B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | バッファ回路 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5268599A (ja) |
JP (1) | JP2758259B2 (ja) |
KR (1) | KR940006619B1 (ja) |
Cited By (5)
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