JPH0567964A - 相補型mos論理回路 - Google Patents

相補型mos論理回路

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JPH0567964A
JPH0567964A JP3227608A JP22760891A JPH0567964A JP H0567964 A JPH0567964 A JP H0567964A JP 3227608 A JP3227608 A JP 3227608A JP 22760891 A JP22760891 A JP 22760891A JP H0567964 A JPH0567964 A JP H0567964A
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JP
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channel mos
mos transistor
gate
level
terminal
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JP3227608A
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English (en)
Inventor
Shigenori Yamazaki
薫紀 山▲崎▼
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 駆動能力を損なうことなく、貫通電流を削減
することのできる相補型MOS論理回路を提供する。 【構成】 入力端子52の入力レベルが“H”レベルの
状態において、入力端子51の入力信号101が“L”
レベルから“H”レベルに変化する場合、節点Bは、N
チャネルMOSトランジスタ9のゲート容量11の電荷
が、NチャネルMOSトランジスタ4および5の直列オ
ン抵抗を介して放電されるため、“L”レベルに変化
し、節点Aも、PチャネルMOSトランジスタ8のゲー
ト容量10の電荷が、NチャネルMOSトランジスタ4
および5の直列オン抵抗と、抵抗器6を介して放電され
るために、“L”レベルに変化する。この時Pチャネル
MOSトランジスタ8は、遮断状態から導通状態に変化
し、NチャネルMOSトランジスタ9は、導通状態から
遮断状態に変化する。逆方向にレベル変化する場合も同
様である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は相補型MOS論理回路に
関し、特に大規模のシステムにおいて必要とされる高駆
動能力を有する相補型MOS論理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、相補型MOS論理回路は集積度
が高く、消費電力が小さいために、大規模のシステムに
おいて有効に使用されている。しかしながら、システム
の大規模化の進展に伴ない、高駆動能力を得るために出
力段の大型化が進み、出力信号が変化する際には、出力
段のPチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOS
トランジスタが過渡的に同時にオン状態となることによ
り生じる貫通電流も大きくなっている。
【0003】上述の貫通電流は、電源電圧の低下を招く
ために、高駆動能力の相補型MOS論理回路の同時動作
数の制限、または出力段のPチャネルMOSトランジス
タとNチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧を合
わせ込むことにより、出力段トランジスタの同時オンの
期間を短くするなどの対応策により対処されているが、
上述の高駆動能力の相補型MOS論理回路における同時
動作数制限は、設計上の制約事項となるために好ましく
なく、また、出力段のPチャネルMOSトランジスタと
NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧を合わせ
込む方法は、電源電圧・温度・製造上のバラツキにより
変動が生じ、すべての条件を満たすことは不可能であ
る。
【0004】従来、この種の相補型MOS論理回路は、
図4に示されるように、入力端子61および62、電源
端子63、接地端子64および出力端子65に対応し
て、ゲートにそれぞれ入力端子61および62が接続さ
れて並列接続されるPチャネルMOSトランジスタ24
および25と、ゲートにそれぞれ入力端子62および6
1が接続されて直列接続されるNチャネルMOSトラン
ジスタ26および27とを含んで形成される論理ゲート
23と、ゲートがそれぞれPチャネルMOSトランジス
タ25とNチャネルMOSトランジスタ26の接続点に
共通接続され、相互に直列接続されて出力段を形成する
PチャネルMOSトランジスタ29およびNチャネルM
OSトランジスタ30と、このPチャネルMOSトラン
ジスタ29およびNチャネルMOSトランジスタ30に
対して、直列に接続される抵抗器31および32とを含
んで、相補型MOS論理回路の出力段として形成される
論理ゲート28とを備えて構成される。
【0005】図4において、入力端子62より入力され
る信号(Sin2 )102が“H”レベルの状態におい
て、入力端子61より入力される信号(Sin1 )101
のレベルが変化する場合には、出力端子65より、出力
信号103のレベルが変化して出力される過程におい
て、出力段を形成する論理ゲート28において生じる貫
通電流は、PチャネルMOSトランジスタ29およびN
チャネルMOSトランジスタ30のオン抵抗と、抵抗器
31および32とを経由して流れるために、抵抗器31
および32が存在しない場合に比較して小さい電流値と
なる。
【0006】また、入力端子62より入力される信号
(Sin2 )102が“L”レベルの場合には、出力端子
65における出力信号103のレベル状態が変化しない
ために、出力段を形成する論理ゲート28には貫通電流
が生じない。また、入力端子61より入力される信号
(Sin1 )101のレベルが“H”レベルまたは“L”
レベルで、入力端子62より入力される信号(Sin2
102のレベルが変化する場合の動作については、上述
の信号(Sin1 )101と信号(Sin2 )102は相互
に相似の関係にあり、信号(Sin2 )102が“H”レ
ベルまたは“L”レベルで、信号(Sin1 )101が変
化する場合の動作と同様である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の相補型
論理回路においては、出力段を形成する論理ゲート28
における、PチャネルMOSトランジスタ29のドレイ
ンと電源端子63との間と、NチャネルMOSトランジ
スタ30のソースと接地端子64との間に、それぞれ抵
抗器31および32を接続されているが、このために、
この抵抗分だけ、出力側より見た相補型MOS論理回路
の内部インピーダンスが増加したことになり、この論理
ゲートの外部負荷駆動能力が低下してしまうという欠点
がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の相補型MO
S論理回路は、複数の入力に対応する第1の論理ゲート
と、前記第1の論理ゲートの出力を受けて反転出力段回
路を形成する第2の論理ゲートとを有する相補型MOS
論理回路において、ドレインが所定の電源端子に接続さ
れ、ゲートが前記第1の入力端子に接続されるととも
に、ソースが所定の第1の節点に接続される第1のPチ
ャネルMOSトランジスタと、ドレインが前記電源端子
に接続され、ゲートが前記第2の入力端子に接続される
とともに、ソースが前記第1の節点に接続される第2の
PチャネルMOSトランジスタと、ドレインが所定の第
2の節点に接続され、ゲートが前記第2の入力端子に接
続される第1のNチャネルMOSトランジスタと、ドレ
インが前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソー
スに接続され、ゲートが前記第1の入力端子に接続され
るとともに、ソースが接地端子に接続される第2のNチ
ャネルMOSトランジスタと、前記第1および第2の節
点の間に挿入接続される抵抗器と、を前記第1の論理ゲ
ートとして備え、ドレインが前記電源端子に接続され、
ゲートが前記第1の節点に接続されるとともに、ソース
が所定の出力端子に接続される第3のPチャネルMOS
トランジスタと、ドレインが前記出力端子に接続され、
ゲートが前記第2の節点に接続されるとともに、ソース
が前記接地端子に接続される第3のNチャネルMOSト
ランジスタと、を前記第2の論理ゲートとして備えて構
成される。
【0009】また、第2の発明の相補型MOS論理回路
は、第1および第2の入力端子を含む複数の入力に対応
する第1の論理ゲートと、前記第1の論理ゲートの出力
を受けて反転出力段回路を形成する第2の論理ゲートと
を有する相補型MOS論理回路において、ドレインが所
定の電源端子に接続され、ゲートが所定の第1の入力端
子に接続される第1のPチャネルMOSトランジスタ
と、ドレインが前記第1のPチャネルMOSトランジス
タのソースに接続され、ゲートが所定の第2の入力端子
に接続されるとともに、ソースが所定の第1の節点に接
続される第2のPチャネルMOSトランジスタと、ドレ
インが所定の第2の節点に接続され、ゲートが前記第1
の入力端子に接続されるとともに、ソースが所定の接地
端子に接続される第1のNチャネルMOSトランジスタ
と、ドレインが前記第2の節点に接続され、ゲートが前
記第2の入力端子に接続されるとともに、ソースが前記
接地端子に接続される第2のNチャネルMOSトランジ
スタと、前記第1および第2の節点の間に挿入接続され
る抵抗器と、を前記第1の論理ゲートとして備え、ドレ
インが前記電源端子に接続され、ゲートが前記第1の節
点に接続されるとともに、ソースが所定の出力端子に接
続される第3のPチャネルMOSトランジスタと、ドレ
インが前記出力端子に接続され、ゲートが前記第2の節
点に接続されるとともに、ソースが前記接地端子に接続
される第3のNチャネルMOSトランジスタと、を前記
第2の論理ゲートとして備えて構成される。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0011】図1は本発明の第1の実施例を示すブロッ
ク図である。図1に示されるように、本実施例は、入力
端子51および52、電源端子53、接地端子54およ
び出力端子55に対応して、ゲートにそれぞれ入力端子
51および52が接続されて相互に並列接続されるPチ
ャネルMOSトランジスタ2および3と、ゲートにそれ
ぞれ入力端子52および51が接続され、相互に直列接
続されるNチャネルMOSトランジスタ4および5と、
抵抗器6とを含んで形成される論理ゲート1と、ゲート
がそれぞれPチャネルMOSトランジスタ3のソース
(節点A)およびNチャネルMOSトランジスタ4のド
レイン(節点B)に接続され、相互に直列接続されて出
力段を形成するPチャネルMOSトランジスタ8および
NチャネルMOSトランジスタ9とを含んで、相補型M
OS論理回路の出力段として形成される論理ゲート7と
を備えて構成される。なお、図1において、符号10お
よび11として示されるのは、それぞれPチャネルMO
Sトランジスタ8およびNチャネルMOSトランジスタ
9のゲート容量である。
【0012】また、図2(a)および(b)に示される
のは、本実施例の動作を示す信号のタイミング図であ
る。
【0013】図1において、入力端子52より入力され
る信号(Sin2 )102が“H”レベルの状態におい
て、入力端子51より入力される信号(Sin1 )101
のレベルが、図2(a)に示されるように“L”レベル
から“H”レベルに変化する場合には、論理ゲート1に
含まれるPチャネルMOSトランジスタ2は導通状態よ
り遮断状態に変化し、同じく論理ゲート1に含まれるN
チャネルMOSトランジスタ5は遮断状態より導通状態
に変化する。
【0014】この変化の過程において、節点Bのレベル
は、論理ゲート7に含まれるNチャネルMOSトランジ
スタ9のゲート容量11の電荷が、論理ゲート1に含ま
れるNチャネルMOSトランジスタ4および5の直列オ
ン抵抗を介して放電されるために、図2(b)に示され
るようなレベル波形(B)となる。また、節点Aのレベ
ルは、論理ゲート7に含まれるPチャネルMOSトラン
ジスタ8のゲート容量10の電荷が、論理ゲート1に含
まれるNチャネルMOSトランジスタ4および5の直列
オン抵抗と、抵抗器6を介して放電されるために、図2
(b)に示されるようなレベル波形(A)のように変化
する。
【0015】このレベル変化の前後において、図2
(a)および(b)に示されるように、論理ゲート7に
含まれる各MOSトランジスタにおいては、Pチャネル
MOSトランジスタ8の方は、遮断状態(ta +tb
期間)から導通状態(tc の期間)に変化し、Nチャネ
ルMOSトランジスタ9の方は、導通状態(ta の期
間)から遮断状態(tb+tc の期間)に変化する。但
し、図2(b)に示されるように、節点Bにおけるレベ
ルの方が節点Aのレベルよりは先行して変化するため、
このレベル変化の場合には、NチャネルMOSトランジ
スタ9の方が先にしきい値電圧を越えて遮断状態なった
後に、PチャネルMOSトランジスタ8が遅れて導通状
態となる。従って、このために、論理ゲート7において
貫通電流が発生することがない。
【0016】また、逆方向にレベルが変化する場合、即
ち、入力端子51より入力される信号(Sin1 )101
のレベルが、図2(a)に示されるように“H”レベル
から“L”レベルに変化する場合には、論理ゲート1に
含まれるPチャネルMOSトランジスタ2は遮断状態よ
り導通状態に変化し、同じく論理ゲート1に含まれるN
チャネルMOSトランジスタ5は、逆に導通状態より遮
断状態に変化する。
【0017】このレベル変化の過程においては、論理ゲ
ート7に含まれるPチャネルMOSトランジスタ8のゲ
ート容量10に、論理ゲート1のPチャネルMOSトラ
ンジスタ2のオン抵抗を介して電荷が充電されるため
に、節点Aにおけるレベルは、図2(b)に示されるよ
うに変化する。また、節点Bのレベルは、論理ゲート7
に含まれるNチャネルMOSトランジスタ9のゲート容
量11に、論理ゲート1のPチャネルMOSトランジス
タ2のオン抵抗を介して電荷が充電されるために、図2
(b)に示されるように変化する。
【0018】このようなレベル変化の前後において、図
2(a)および(b)に示されるように、論理ゲート7
に含まれる各MOSトランジスタにおいては、Pチャネ
ルMOSトランジスタ8の方は、導通状態(tc の期
間)から遮断状態(td +te の期間)に変化し、Nチ
ャネルMOSトランジスタ9の方は、遮断状態(tc
d の期間)から導通状態(te の期間)に変化する。
但し、図2(b)に示されるように、節点Aにおけるレ
ベルの方が節点Bのレベルよりは先行して変化するた
め、このレベル変化の場合には、PチャネルMOSトラ
ンジスタ8の方が先にしきい値電圧を越えて遮断状態な
った後に、NチャネルMOSトランジスタ9が遅れて導
通状態となる。従って、このために、論理ゲート7にお
いて貫通電流が発生することがない。
【0019】なお、入力端子52より入力される信号
(Sin2 )102が“L”レベルの場合には、入力端子
51より入力される信号(Sin1 )101のレベル変化
に対して、出力端子55より出力される出力信号103
のレベルが変化しないので、論理ゲート7において貫通
電流は発生しない。
【0020】また、入力端子51より入力される信号
(Sin1 )101が“H”レベルまたは“L”レベルの
何れかのレベル状態において、入力端子52より入力さ
れる信号(Sin2 )102のレベルが変化する場合の動
作については、入力端子51ならび52は、相互に相似
関係にあるために、上述の入力端子51より入力される
信号(Sin1 )101のレベルが変化する場合の動作と
同様である。
【0021】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。
【0022】図3は本発明の第2の実施例を示すブロッ
ク図である。図3に示されるように、本実施例は、入力
端子56および57、電源端子58、接地端子59およ
び出力端子60に対応して、ゲートにそれぞれ入力端子
61および62が接続されて相互に直列接続されるPチ
ャネルMOSトランジスタ13および14と、ゲートに
それぞれ入力端子56および57が接続され、相互に並
列接続されるNチャネルMOSトランジスタ15および
16と、抵抗器17とを含んで形成される論理ゲート1
2と、ゲートがそれぞれPチャネルMOSトランジスタ
14のソース(節点A)およびNチャネルMOSトラン
ジスタ16のドレイン(節点B)に接続され、相互に直
列接続されて出力段を形成するPチャネルMOSトラン
ジスタ19およびNチャネルMOSトランジスタ20と
を含んで、相補型MOS論理回路の出力段として形成さ
れる論理ゲート18とを備えて構成される。なお、図1
において、符号21および22として示されるのは、そ
れぞれPチャネルMOSトランジスタ19およびNチャ
ネルMOSトランジスタ20のゲート容量である。
【0023】図3において、入力端子57より入力され
る信号(Sin2 )102が“L”レベルの状態におい
て、入力端子56より入力される信号(Sin1 )101
のレベルが、“L”レベルから“H”レベルに変化する
場合には、論理ゲート12に含まれるPチャネルMOS
トランジスタ13は導通状態より遮断状態に変化し、同
じく論理ゲート1に含まれるNチャネルMOSトランジ
スタ15は遮断状態より導通状態に変化する。
【0024】この変化の過程において、節点Bのレベル
は、論理ゲート18に含まれるNチャネルMOSトラン
ジスタ20のゲート容量22の電荷が、論理ゲート12
に含まれるNチャネルMOSトランジスタ15のオン抵
抗を介して放電されるために、図2(b)に示されるよ
うなレベル波形(B)となる。また、節点Aのレベル
は、論理ゲート18に含まれるPチャネルMOSトラン
ジスタ19のゲート容量21の電荷が、論理ゲート1に
含まれるNチャネルMOSトランジスタ15のオン抵抗
および抵抗器17を介して放電されるために、図2
(b)に示されるようなレベル波形(A)のように変化
する。
【0025】このレベル変化の前後において、図2
(a)および(b)に示されるように、論理ゲート18
に含まれる各MOSトランジスタにおいては、Pチャネ
ルMOSトランジスタ19の方は、遮断状態(ta +t
b の期間)から導通状態(tc の期間)に変化し、Nチ
ャネルMOSトランジスタ20の方は、導通状態(ta
の期間)から遮断状態(tb +tc の期間)に変化す
る。但し、図2(b)に示されるように、節点Bにおけ
るレベルの方が節点Aのレベルよりは先行して変化する
ため、このレベル変化の場合には、NチャネルMOSト
ランジスタ20の方が先にしきい値電圧を越えて遮断状
態なった後に、PチャネルMOSトランジスタ19が遅
れて導通状態となる。従って、このために、論理ゲート
7において貫通電流が発生することがない。
【0026】また、逆方向にレベルが変化する場合、即
ち、入力端子56より入力される信号(Sin1 )101
のレベルが、図2(a)に示されるように“H”レベル
から“L”レベルに変化する場合には、論理ゲート1に
含まれるPチャネルMOSトランジスタ13は遮断状態
より導通状態に変化し、同じく論理ゲート12に含まれ
るNチャネルMOSトランジスタ15は、逆に導通状態
より遮断状態に変化する。
【0027】このレベル変化の過程においては、論理ゲ
ート18に含まれるPチャネルMOSトランジスタ19
のゲート容量21に、論理ゲート12のPチャネルMO
Sトランジスタ13および14のオン抵抗を介して電荷
が充電されるために、節点Aにおけるレベルは、図2
(b)に示される波形(A)のように変化する。また、
節点Bのレベルは、論理ゲート18に含まれるNチャネ
ルMOSトランジスタ20のゲート容量22に、論理ゲ
ート12のPチャネルMOSトランジスタ13および1
4の直列オン抵抗を介して電荷が充電されるために、図
2(b)に示される波形(B)のように変化する。
【0028】このようなレベル変化の前後において、図
2(a)および(b)に示されるように、論理ゲート1
8に含まれる各MOSトランジスタにおいては、Pチャ
ネルMOSトランジスタ19の方は、導通状態(tc
期間)から遮断状態(td +te の期間)に変化し、N
チャネルMOSトランジスタ20の方は、遮断状態(t
c +td の期間)から導通状態(te の期間)に変化す
る。但し、図2(b)に示されるように、節点Aにおけ
るレベルの方が節点Bのレベルよりは先行して変化する
ため、このレベル変化の場合には、PチャネルMOSト
ランジスタ19の方が先にしきい値電圧を越えて遮断状
態なった後に、NチャネルMOSトランジスタ20が遅
れて導通状態となる。従って、このために、論理ゲート
18においては、第1の実施例の場合と同様に貫通電流
が発生することはない。
【0029】なお、入力端子57より入力される信号
(Sin2 )102が“H”レベルの場合には、入力端子
56より入力される信号(Sin1 )101のレベル変化
に対して、出力端子60より出力される出力信号103
のレベルが変化しないので、論ゲート18において貫通
電流は発生しない。
【0030】また、入力端子56より入力される信号
(Sin1 )101が“H”レベルまたは“L”レベルの
何れかのレベル状態において、入力端子57より入力さ
れる信号(Sin2 )102のレベルが変化する場合の動
作については、入力端子56ならび57は、相互に相似
関係にあるために、上述の入力端子56より入力される
信号(Sin1 )101のレベルが変化する場合の動作と
同様である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、相補型
MOS論理回路の入出力信号の変化時において、当該相
補型MOS論理回路の駆動能力を損なうことなく、出力
段を形成する論理ゲートにおける貫通電流を大幅に低減
することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明における動作波形を示すタイミング図で
ある。
【図3】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図4】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1、7、12、18、23、28 論理ゲート 2、3、8、13、14、19、24、25、29
PチャネルMOSトランジスタ 4、5、9、15、16、20、26、27、30
NチャネルMOSトランジスタ 6、17、31、32 抵抗器 10、11、21、22 ゲート容量

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の入力に対応する第1の論理ゲート
    と、前記第1の論理ゲートの出力を受けて反転出力段回
    路を形成する第2の論理ゲートとを有する相補型MOS
    論理回路において、 ドレインが所定の電源端子に接続され、ゲートが前記第
    1の入力端子に接続されるとともに、ソースが所定の第
    1の節点に接続される第1のPチャネルMOSトランジ
    スタと、 ドレインが前記電源端子に接続され、ゲートが前記第2
    の入力端子に接続されるとともに、ソースが前記第1の
    節点に接続される第2のPチャネルMOSトランジスタ
    と、 ドレインが所定の第2の節点に接続され、ゲートが前記
    第2の入力端子に接続される第1のNチャネルMOSト
    ランジスタと、 ドレインが前記第1のNチャネルMOSトランジスタの
    ソースに接続され、ゲートが前記第1の入力端子に接続
    されるとともに、ソースが接地端子に接続される第2の
    NチャネルMOSトランジスタと、 前記第1および第2の節点の間に挿入接続される抵抗器
    と、 を前記第1の論理ゲートとして備え、 ドレインが前記電源端子に接続され、ゲートが前記第1
    の節点に接続されるとともに、ソースが所定の出力端子
    に接続される第3のPチャネルMOSトランジスタと、 ドレインが前記出力端子に接続され、ゲートが前記第2
    の節点に接続されるとともに、ソースが前記接地端子に
    接続される第3のNチャネルMOSトランジスタと、 を前記第2の論理ゲートとして備えて構成されることを
    特徴とする相補型MOS論理回路。
  2. 【請求項2】 第1および第2の入力端子を含む複数の
    入力に対応する第1の論理ゲートと、前記第1の論理ゲ
    ートの出力を受けて反転出力段回路を形成する第2の論
    理ゲートとを有する相補型MOS論理回路において、 ドレインが所定の電源端子に接続され、ゲートが所定の
    第1の入力端子に接続される第1のPチャネルMOSト
    ランジスタと、 ドレインが前記第1のPチャネルMOSトランジスタの
    ソースに接続され、ゲートが所定の第2の入力端子に接
    続されるとともに、ソースが所定の第1の節点に接続さ
    れる第2のPチャネルMOSトランジスタと、 ドレインが所定の第2の節点に接続され、ゲートが前記
    第1の入力端子に接続されるとともに、ソースが所定の
    接地端子に接続される第1のNチャネルMOSトランジ
    スタと、 ドレインが前記第2の節点に接続され、ゲートが前記第
    2の入力端子に接続されるとともに、ソースが前記接地
    端子に接続される第2のNチャネルMOSトランジスタ
    と、 前記第1および第2の節点の間に挿入接続される抵抗器
    と、 を前記第1の論理ゲートとして備え、 ドレインが前記電源端子に接続され、ゲートが前記第1
    の節点に接続されるとともに、ソースが所定の出力端子
    に接続される第3のPチャネルMOSトランジスタと、 ドレインが前記出力端子に接続され、ゲートが前記第2
    の節点に接続されるとともに、ソースが前記接地端子に
    接続される第3のNチャネルMOSトランジスタと、 を前記第2の論理ゲートとして備えて構成されることを
    特徴とする相補型MOS論理回路。
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