JPH0786897A - バッファ回路 - Google Patents

バッファ回路

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JPH0786897A
JPH0786897A JP5224384A JP22438493A JPH0786897A JP H0786897 A JPH0786897 A JP H0786897A JP 5224384 A JP5224384 A JP 5224384A JP 22438493 A JP22438493 A JP 22438493A JP H0786897 A JPH0786897 A JP H0786897A
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signal
channel mosfet
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JP5224384A
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Tadahiko Miura
忠彦 三浦
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動能力が高く貫通電流が小さな出力バッフ
ァ回路を提供する。 【構成】 Pチャネル及びNチャネルFETから成るイ
ンバータに、このインバータの出力がLレベルからHレ
ベルに変化するときに、所定期間オンして出力ラインを
駆動してその信号変化を速める第2のPチャネルFET
と、インバータの出力がHレベルからLレベルに変化す
るときに、所定期間オンして出力ラインを駆動してその
信号変化を速める第2のNチャネルFETを設ける。貫
通電流を減らし集積回路の高速作動を可能にする。所定
期間は遅延回路により、或いは、出力をフィードバック
することにより得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バッファ回路に関し、
特に、半導体集積回路装置に設けられる、2段の出力構
成を有し出力が共通とされているPチャネルFET及び
NチャネルFETを有するバッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置では、出力バッファ
等のバッファ回路として、2段の出力構成を有し出力が
共通とされている一対のPチャネルMOSFET及びN
チャネルMOSFETから構成される回路が一般的に採
用される。このようなバッファ回路では、出力電圧がL
レベルからHレベルに移行するときに、NチャネルMO
SFETがオン状態からオフ状態に移行し、Pチャネル
MOSFETがオフ状態からオン状態に移行する。その
移行の途中でPチャネルMOSFETとNチャネルMO
SFETとが同時にオンとなる瞬間がある。
【0003】逆に出力がHレベルからLレベルに移行す
るときに、PチャネルMOSFETがオン状態からオフ
状態に移行し、NチャネルMOSFETがオフ状態から
オン状態に移行する。その移行の途中でPチャネルMO
SFETとNチャネルMOSFETとが同時にオンとな
る瞬間がある。このように、PチャネルMOSFETと
NチャネルMOSFETとが同時にオンとなる瞬間に
は、電源からPチャネルMOSFETとNチャネルMO
SFETとを経由してGNDに向けて貫通電流が流れ
る。貫通電流は、半導体集積回路の電源やGNDライン
にノイズを引き起こし、また、デバイス特性の劣化や回
路の誤動作を招く。このような欠点を克服するため、従
来から種々のバッファ回路が考案されている。
【0004】図4は、従来のバッファ回路の第1の例を
示す。このバッファ回路は、一方の入力が信号入力端
(入力端)1に夫々接続されると共に他方の入力が遅延
回路11を介して入力端1に夫々接続されるNAND回
路8及びNOR回路9と、ゲートがNAND回路8の出
力に接続されると共にドレインが信号出力端(出力端)
2に接続されるPチャネルMOSFET3と、ゲートが
NOR回路9の出力に接続されると共にドレインが出力
端2に接続されたNチャネルMOSFET4とから構成
されている。
【0005】図4に示したバッファ回路の各部の信号”
a1”〜”e1”のタイムチャートを図5に示す。Pチ
ャネルMOSFET3のゲートには、入力端1に印加さ
れた入力信号”a1”と、入力信号”a1”から所定時
間遅延させた遅延信号”b1”とのNANDをとった信
号”c1”が印加される。一方、NチャネルMOSFE
T4のゲートには、入力信号”a1”と遅延信号”b
1”とのNORをとった信号”d1”が印加される。
【0006】上記構成により、出力端2がHレベルから
Lレベルに移行するときには、PチャネルMOSFET
3がオフとなってから、遅延回路11で設定された時間
だけ遅れてNチャネルMOSFET4がオンとなる。一
方出力端2がLレベルからHレベルに移行するときに
は、NチャネルMOSFET4がオフとなってから、遅
延回路11で設定される時間だけ遅れてPチャネルMO
SFET3がオンとなる。このように、出力信号がLレ
ベルからHレベルに、又はHレベルからLレベルに移行
する際に、PチャネルMOSFET3とNチャネルMO
SFET4とが同時にオンとなることがないので、これ
らを貫通電流が流れることはない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記第1の従来例にお
いては、出力端2の状態が変化するときには、遅延回路
11によって設定される時間だけPチャネルMOSFE
T3とNチャネルMOSFET4とが共にオフとなる期
間がある。この期間中には、出力端2がハイインピーダ
ンス状態となるので、その電圧レベルが不安定になると
いう欠点がある。また、この期間中は出力端2を駆動す
るトランジスタが存在しないので、出力端2における信
号変化が、遅延回路11によって設定される時間だけ遅
延するという欠点もある。
【0008】図6は、特公平5−4851号公報に記載
されている、上記欠点を克服する第2の従来例のバッフ
ァ回路を示す。この公報記載のバッファ回路は、ゲート
が共通に、且つインバータ7を介して入力端1に接続さ
れると共にドレインが出力端2に接続された第1のPチ
ャネルMOSFET3及び第1のNチャネルMOSFE
T4と、第1のPチャネルMOSFET3のサイズより
も大きなサイズを有し、ゲートが第1の遅延回路11a
に接続されると共にドレインが出力端2に接続された第
2のPチャネルMOSFET5と、第1のNチャネルM
OSFET4のサイズよりも大きなサイズを有し、ゲー
トが第2の遅延回路11bを介して入力端1に接続され
ると共にドレインが出力端2に接続された第2のNチャ
ネルMOSFET6とから構成される。
【0009】図7は、上記公報記載のバッファ回路の各
部の信号”a1”〜”i”のタイムチャートを示す。遅
延回路11aは、その入力”a1”がLレベルからHレ
ベルに立ち上がるときにその出力”g1”が所定時間遅
れて立ち下り、その入力”a1”がHレベルからLレベ
ルに立ち下がるときにその出力”g1”が同時に立ち上
がる特性を有する。また、遅延回路11bは、その入
力”a1”がLレベルからHレベルに立ち上がるときに
その出力”h1”が同時に立ち下り、その入力”a1”
がHレベルからLレベルに立ち下がるときにその出力”
h1”が所定時間遅れて立ち上がる特性を有する。
【0010】入力信号”a1”がLレベルからHレベル
に移行するときには、遅延回路11bの出力”h1”は
同時にHレベルからLレベルに移行し、第1のNチャネ
ルMOSFET4及び第2のNチャネルMOSFET6
が同時にオン状態からオフ状態に移行し、また、第1の
PチャネルMOSFET3がオフ状態からオン状態に移
行する。次いで、第1の遅延回路11aによって設定さ
れた期間の経過後、第2のPチャネルMOSFET5が
オンとなる。
【0011】逆に、入力信号”a1”がHレベルからL
レベルに移行するときには、遅延回路11aの出力”g
1”は同時にLレベルからHレベルに移行し、第1のP
チャネルMOSFET3および第2のPチャネルMOS
FET5が同時にオン状態からオフ状態に移行し、第1
のNチャネルMOSFET4が同時にオフ状態からオン
状態に移行する。次いで、第2の遅延回路11bによっ
て設定された期間の経過後に、第2のNチャネルMOS
FET6がオンとなる。
【0012】上記公報記載のバッファ回路では、出力端
2の状態が変化するとき、まずサイズの小さいトランジ
スタがオンとなり、遅延回路で設定された期間の経過
後、サイズの大きなトランジスタがオンとなる。即ち、
出力端2がLレベルからHレベルに移行する途中では、
第1のNチャネルMOSFET4及び第2のMOSFE
T6と第1のPチャネルMOSFET3が同時にオン
し、電源ラインからGNDラインに貫通電流が流れる
が、第1のPチャネルMOSFET3のトランジスタサ
イズが第2のPチャネルMOSFET5に比べ小さく設
定してあるので、貫通電流は第1のPチャネルMOSF
ET3のトランジスタサイズに依存して小さく抑えられ
る。
【0013】同様に、出力端1がHレベルからLレベル
に移行する途中では、第1のPチャネルMOSFET3
及び第2のPチャネルMOSFET5と第1のNチャネ
ルMOSFET4とが同時にオンとなる期間があり、電
源ラインからGNDに貫通電流が流れるが、第1のNチ
ャネルMOSFET4のトランジスタサイズが第2のN
チャネルMOSFET6に比べ小さく設定してあるの
で、貫通電流は第1のNチャネルMOSFET4のトラ
ンジスタサイズに依存して小さく抑えられる。
【0014】上記の如く、前記公報記載のバッファ回路
においては、出力端2の状態が変化するときに、遅延回
路11a又は11bによって設定される期間中トランジ
スタサイズの小さいトランジスタがオンとなるため、信
号変化の途中で出力端2がハイインピーダンス状態にな
ることがない。
【0015】ところが、上記公報記載のバッファ回路で
は、遅延回路によって設定される期間中は、出力端を駆
動するトランジスタのサイズが小さいので、第一の従来
例に比べれば幾分は改善されるものの、この期間中は出
力端2を駆動する駆動能力が小さい。従って、この小さ
な駆動能力のために出力端の信号変化が遅れることとな
り、出力負荷容量の大きな回路では特に、半導体集積回
路装置の高速化が図れないという問題がある。
【0016】本発明は、上記従来のバッファ回路の問題
に鑑み、所望により貫通電流が小さく抑えられ且つ高速
作動も可能であり、出力バッファ回路として好適なバッ
ファ回路を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第一の視点におけるバッファ回路は、ゲー
トが共通に接続されて信号入力端を成し、ドレインが共
通に接続されて信号出力端を成す第1のPチャネルFE
T及び第1のNチャネルFETと、前記信号入力端に印
加される信号がHレベルからLレベルに移行するときに
所定の期間Lレベルが出力される第1の制御出力端と、
前記信号入力端に印加される信号がLレベルからHレベ
ルに移行するときに所定の期間Hレベルが出力される第
2の制御出力端とを有する制御回路と、ゲートが前記第
1の制御出力端に、ドレインが前記信号出力端に夫々接
続されて前記信号出力端がLレベルからHレベルに移行
することを補助する第2のPチャネルFETと、ゲート
が前記第2の制御出力端に、ドレインが前記信号出力端
に夫々接続されて前記信号出力端がHレベルからLレベ
ルに移行することを補助する第2のNチャネルFETと
を備えることを特徴とする。
【0018】また、本発明の第二の視点におけるバッフ
ァ回路は、ゲートが共通に接続されて信号入力端を成
し、ドレインが共通に接続されて信号出力端を成す第1
のPチャネルFET及び第1のNチャネルFETと、前
記信号出力端がLレベルからHレベルに移行する際に所
定期間オンとなって前記信号出力端のLレベルからHレ
ベルへの移行を補助する第2のPチャネルFETと、前
記信号出力端がHレベルからLレベルに移行する際に所
定期間オンとなって前記信号出力端のHレベルからLレ
ベルへの移行を補助する第2のNチャネルFETとを備
えることを特徴とする。
【0019】上記において、第2のPチャネルFET及
び第2のNチャネルFETは夫々、第1のPチャネルF
ET及び第1のNチャネルFETよりも、トランジスタ
サイズを大きく形成することが好ましい。
【0020】
【作用】本発明のバッファ回路では、第1のPチャネル
及びNチャネルFETによる出力端の信号変化を、その
信号変化の際に所定期間オンとなる第2のPチャネルF
ET又はNチャネルFETにより補助するので、第1及
び第2のPチャネル及びNチャネルFETの各トランジ
スタサイズの選定に基づいて、小さな貫通電流及び大き
な駆動能力を所望により選択できる。
【0021】第2のPチャネル及びNチャネルFETの
サイズを夫々、第1のPチャネル及びNチャネルFET
のサイズよりも大きく選定する構成を採用すると、充分
に小さな貫通電流と充分に高速な作動の双方が容易に得
られる。
【0022】
【実施例】図面を参照して本発明を更に説明する。図1
は、例えばメモリ集積回路装置の出力バッファ回路に採
用される、本発明の第1の実施例のバッファ回路を示
す。同図において、この実施例のバッファ回路は、イン
バータを構成する第1のPチャネルMOSFET3及び
NチャネルMOSFET4と、第2のPチャネルMOS
FET5と、第2のNチャネルMOSFET6と、第2
のPチャネルMOSFET5及び第2のNチャネルMO
SFET6を制御する制御回路12とから構成される。
第1のPチャネルMOSFET3及び第1のNチャネル
FET4は、ゲートが共通に、且つインバータ7を介し
て入力端1に接続され、ドレイン共通に、且つ出力端2
に接続されてインバータを構成している。
【0023】制御回路12は、NAND回路8、NOR
回路9、インバータ10、及び、遅延回路11から構成
される。NAND回路8及びNOR回路9は、一方の入
力が夫々入力端1に接続されると共に、他方の入力がイ
ンバータ10及び遅延回路11を介して夫々入力端1に
接続される。第2のPチャネルMOSFET5は、ゲー
トがNAND回路8の出力に接続されると共に、ドレイ
ンが出力端2に接続される。また、第2のNチャネルM
OSFET6は、ゲートがNOR回路9の出力に接続さ
れると共に、ドレインが出力端2に接続される。
【0024】図2は、上記実施例のバッファ回路の各部
の信号”a”〜”e”のタイムチャートを示す。入力端
1に印加された入力信号”a”は、NAND回路8及び
NOR回路9の一方の入力に印加されると共に、遅延回
路11及びインバータ10を介して信号”b”となり、
この信号”b”がNAND回路8およびNOR回路9の
他方の入力に印加される。このため、NAND回路8の
出力には、入力信号”a”が立ち上がる際に、その立ち
上り時点から遅延回路11で設定される期間中Lレベル
となる信号”c”が出力される。また、NOR回路9の
出力には、入力信号”a”が立ち下がる際に、その立ち
下り時点から遅延回路11で設定される期間中Hレベル
になる信号”d”が出力される。
【0025】入力信号”a”がLレベルからHレベルに
移行するときには、NAND回路8の出力”c”の立ち
下りが、第2のPチャネルMOSFET5のゲートに印
加されるので、第1のPチャネルMOSFET3に加え
て第2のPチャネルMOSFET5がオンとなり、ま
た、このとき第1のNチャネルMOSFET4がオフと
なる。このように、トランジスタサイズの大きな第2の
PチャネルMOSFETがオンとなるため、出力端2の
信号”e”がLレベルからHレベルに高速に引き上げら
れる。次に、遅延回路11で設定された期間経過後に第
2のPチャネルMOSFET5がオフとなり、出力端2
は第1のPチャネルMOSFET3のみでHレベルに保
持される。
【0026】上記の如く、出力端2がLレベルからHレ
ベルに移行するとき、第1のNチャネルMOSFET4
がオン状態からオフ状態に移行し、逆に第1及び第2の
PチャネルMOSFET3、5がオフ状態からオン状態
に移行する。この移行の途中で第1のPチャネルMOS
FET3及び第2のPチャネルMOSFET5と、第1
のNチャネルMOSFET4とが同時にオンとなる瞬間
があり、これらを通って貫通電流が流れる。しかし、第
1のNチャネルMOSFET4のトランジスタサイズを
第2のNチャネルMOSFET6に比べ小さく設定して
あるので、貫通電流は第1のNチャネルMOSFET4
のトランジスタサイズに依存して小さく抑えられる。
【0027】また、入力信号”a”がHレベルからLレ
ベルに移行するときには、NOR回路9の出力”d”の
立ち上り信号が、第2のNチャネルMOSFET6のゲ
ートに印加されるので、第1のNチャネルMOSFET
4に加えて第2のNチャネルMOSFET6がオンとな
り、また、第1のPチャネルMOSFET3がオンから
オフに移行する。第2のNチャネルMOSFET3のオ
ンにより、出力端2の信号”e”がHレベルからLレベ
ルに急速に引き下げられる。次に、遅延回路11で設定
された期間経過後に、第2のNチャネルMOSFET6
がオフとなり、出力端2は第1のNチャネルMOSFE
T4のみにより、Lレベルに保持される。
【0028】上記の如く、入力信号”a”がHレベルか
らLレベルに移行するときには、第1のPチャネルMO
SFET3がオン状態からオフ状態に移行し、逆に第1
NチャネルMOSFET4及び第2のNチャネルMOS
FET46がオフ状態からオン状態に移行する。この途
中で第1のNチャネルMOSFET4及び第2のNチャ
ネルMOSFET6と第1のPチャネルMOSFET3
とが同時にオンとなる瞬間があり、これらを通って貫通
電流が流れる。しかし、第1のPチャネルMOSFET
3のトランジスタサイズが、第2のPチャネルMOSF
ET5に比べ小さく設定してあるので、貫通電流は第1
のPチャネルMOSFET3のトランジスタサイズに依
存して小さく抑えられる。
【0029】図3は、本発明の第2の実施例のバッファ
回路を示す。この実施例においては、図1に示した、遅
延回路11及びインバータ10の出力をNAND回路及
びNOR回路の他方の入力に印加する制御回路に代え
て、このバッファ回路の出力信号をフィードバックし、
インバータ10を介してNAND回路8及びNOR回路
9の各他方の入力に印加する制御回路12aを有する。
その他の構成は図1のバッファ回路と同様である。
【0030】図3のバッファ回路において、入力信号が
LレベルからHレベルに立ち上がるとき、インバータ7
の出力変化により、第1のPチャネルMOSFET3が
オフ状態からオン状態に移行し、第1のNチャネルMO
SFET4がオン状態からオフ状態に移行する。このと
き、出力端2はまだLレベルにあるので、インバータ1
0の出力はHレベルである。このため、NAND回路8
の出力がLレベルからHレベルに移行し、第2のPチャ
ネルMOSFET5はオフ状態からオン状態に移行す
る。出力端2の電圧レベルが上昇し、インバータ10の
スレッシュホールド電圧を越えると、NAND回路8の
出力がLレベルに移行するので、第2のPチャネルMO
SFET5は、このバッファ回路の出力変化に従ってオ
フとなる。
【0031】逆に、入力信号がHレベルからLレベルに
立ち下がるとき、インバータ7の出力変化により、第1
のNチャネルMOSFET4がオフ状態からオン状態に
移行し、第1のPチャネルMOSFET3がオン状態か
らオフ状態に移行する。このとき、出力端2はまだHレ
ベルにあるので、インバータ10の出力はLレベルであ
る。このため、NOR回路9の出力がHレベルに移行
し、第2のNチャネルMOSFET6はオフ状態からオ
ン状態に移行する。出力端2の電圧レベルが下降し、イ
ンバータ10のスレッシュホールド電圧を下回ると、第
2のNチャネルMOSFET6がオフとなる。以上の如
く、図3に示した第2の実施例のバッファ回路は、図1
のバッファ回路と同様に、第2のPチャネル及びNチャ
ネルFETにより、出力レベルの変化の際にその変化を
補助して移行速度を高める。
【0032】第2の実施例のバッファ回路では、遅延回
路が不要になると同時に、サイズの大きな第2のPチャ
ネルMOSFET5又は第2のNチャネルMOSFET
6を出力端2の状態変化に応じて制御できるという長所
がある。この場合、出力信号の電圧レベルの移行速度に
依存して第2のPチャネルMOSFET5又は第2のN
チャネルMOSFET6のON期間が異なることにな
る。このため、特に、出力端2に大きな負荷容量が接続
され、出力端2の電圧レベルの移行速度が遅いときに
は、第2のPチャネル又はNチャネルFETのオン期間
が長くなるという利点がある。
【0033】以上説明したように、上記各実施例のバッ
ファ回路では、入力端の電圧レベルが(従って、出力端
の電圧レベルが)移行するときに、第1のNチャネルM
OSFET又はPチャネルMOSFETよりもトランジ
スタサイズが大きな第2のNチャネルMOSFET又は
PチャネルMOSFETにより出力端を駆動し、所定期
間経過後又は所定の条件成立後に、トランジスタサイズ
が大きな第2のNチャネルMOSFET又はPチャネル
MOSFETをオフとする。このため、信号変化に際し
て出力端の電圧レベルの移行速度を大きくすることが出
来る。
【0034】また、この電圧レベルの移行に際して、第
1のPチャネルMOSFET又はNチャネルMOSFE
Tがオン状態からオフ状態に移行するが、トランジスタ
サイズが大きな第2のPチャネルMOSFET又はNチ
ャネルMOSFETは既にオフ状態にあるため、貫通電
流は第1のPチャネルMOSFET又はNチャネルMO
SFETのトランジスタサイズに依存して小さく抑えら
れる。このため、半導体集積回路における電源又はGN
Dラインのノイズを小さく抑えることができ、また、デ
バイスの特性劣化や回路の誤動作を防止できる。
【0035】なお、上記各実施例の構成は単に例示であ
り、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるもので
はなく、上記実施例の構成から種々の修正及び変更が可
能である。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のバッファ
回路によると、貫通電流が小さく抑えられ、且つ、出力
信号の状態変化が高速になるので、本発明は、信頼性が
高く高速作動が可能な半導体集積回路装置を実現可能と
した顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のバッファ回路を示す回
路図。
【図2】図1のバッファ回路の各部の信号波形を示すタ
イムチャート。
【図3】本発明の第2の実施例のバッファ回路を示す回
路図。
【図4】第1の従来例のバッファ回路の回路図。
【図5】図4のバッファ回路の各部の信号波形を示すタ
イムチャート。
【図6】第2の従来例のバッファ回路の回路図。
【図7】図6のバッファ回路の各部の信号波形を示すタ
イムチャート。
【符号の説明】 1 入力端 2 出力端 3 第1のPチャネルMOSFET 4 第1のNチャネルMOSFET 5 第2のPチャネルMOSFET 6 第2のNチャネルMOSFET 7 インバータ 8 NAND回路 9 NOR回路 10 インバータ 11 遅延回路 12、12a 制御回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲートが共通に接続されて信号入力端を
    成し、ドレインが共通に接続されて信号出力端を成す第
    1のPチャネルFET及び第1のNチャネルFETと、 前記信号入力端に印加される信号がHレベルからLレベ
    ルに移行するときに所定の期間Lレベルが出力される第
    1の制御出力端と、前記信号入力端に印加される信号が
    LレベルからHレベルに移行するときに所定の期間Hレ
    ベルが出力される第2の制御出力端とを有する制御回路
    と、 ゲートが前記第1の制御出力端に、ドレインが前記信号
    出力端に夫々接続されて前記信号出力端がLレベルから
    Hレベルに移行することを補助する第2のPチャネルF
    ETと、 ゲートが前記第2の制御出力端に、ドレインが前記信号
    出力端に夫々接続されて前記信号出力端がHレベルから
    Lレベルに移行することを補助する第2のNチャネルF
    ETとを備えることを特徴とするバッファ回路。
  2. 【請求項2】ゲートが共通に接続されて信号入力端を成
    し、ドレインが共通に接続されて信号出力端を成す第1
    のPチャネルFET及び第1のNチャネルFETと、 前記信号出力端がLレベルからHレベルに移行する際に
    所定期間オンとなって前記信号出力端のLレベルからH
    レベルへの移行を補助する第2のPチャネルFETと、 前記信号出力端がHレベルからLレベルに移行する際に
    所定期間オンとなって前記信号出力端のHレベルからL
    レベルへの移行を補助する第2のNチャネルFETとを
    備えることを特徴とするバッファ回路。
  3. 【請求項3】前記第2のPチャネルFET及び第2のN
    チャネルFETが夫々、前記第1のPチャネルFET及
    び第1のNチャネルFETよりもトランジスタサイズが
    大きく形成されることを特徴とする請求項1又は2に記
    載のバッファ回路。
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