JPH08256046A - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

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JPH08256046A
JPH08256046A JP7058365A JP5836595A JPH08256046A JP H08256046 A JPH08256046 A JP H08256046A JP 7058365 A JP7058365 A JP 7058365A JP 5836595 A JP5836595 A JP 5836595A JP H08256046 A JPH08256046 A JP H08256046A
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channel transistor
node
power supply
potential
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JP7058365A
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Kenichiro Kobayashi
賢一郎 小林
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電源系およびグラウンド系に発生するノイズの
低減化が図られるとともに外部負荷の大きさに応じた電
流制御が行われる出力バッファ回路を提供する。 【構成】電源VddとグラウンドGNDとの間に、Nチ
ャンネルトランジスタ11,Pチャンネルトランジスタ
12のペアと、Pチャンネルトランジスタ13,Nチャ
ンネルトランジスタ14のペアとを配列し、それらNチ
ャンネルトランジスタ11,Pチャンネルトランジスタ
12の接続点とPチャンネルトランジスタ13,Nチャ
ンネルトランジスタ14の接続点とを接続し、その接続
点の電位を反転してPチャンネルトランジスタ13に印
加するナンドゲート19と、その接続点の電位を反転し
てNチャンネルトランジスタ14に印加するノアゲート
20とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路におけ
る出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化に伴
い、1つのチップ上に多数の出力バッファ回路が搭載さ
れ、またそれら出力バッファ回路のスイッチング速度も
高速化されているため、それら多数の出力バッファ回路
が同時にスイッチングされると短時間に大量の電流が流
れ電源系やグラウンド系が変動し、これに伴いノイズが
発生し、回路が誤動作する場合がある。
【0003】この問題を解決するために、特開平4−3
45317号公報には、電源とグラウンドとの間に、電
源側から順にNチャンネルトランジスタとPチャンネル
トランジスタが直列接続された構成の出力バッファ回路
が提案されている。この公報に提案された出力バッファ
回路では、電源側に接続されたNチャンネルトランジス
タ、グラウンド側に接続されたPチャンネルトランジス
タそれぞれの電圧降下分だけ小さな振幅で出力電圧が遷
移するため、外部負荷に流れる電流もそれだけ抑制さ
れ、これにより電源系やグラウンド系に発生するノイズ
の低減化が図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
平4−345317号公報に提案された出力バッファ回
路の出力電圧は、0Vと電源電圧Vddとの間よりも狭
い振幅でしか遷移しないため、出力バッファ回路に接続
される外部負荷のDC規格を満足しない場合があり、誤
動作の要因となる。また外部負荷としてCMOS回路が
接続されるとそのCMOS回路に中間レベルの電圧が印
加されることとなり、その場合には定常状態において貫
通電源が流れることになり問題がある。
【0005】本発明は、上記事情に鑑み、電源系および
グラウンド系に発生するノイズの低減化が図られるとと
もに外部負荷の大きさに応じた電流制御が行われる出力
バッファ回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の出力バッファ回路は、 (1)電源とグラウンドとの間に互いに直列に配列さ
れ、ゲートが互いに接続された、電源側から順に第1の
Nチャンネルトランジスタおよび第1のPチャンネルト
ランジスタ (2)電源とグラウンドとの間に互いに直列に配列され
るとともに互いの接続点が上記第1のNチャンネルトラ
ンジスタと上記第1のPチャンネルトランジスタとの接
続点に接続されてなる、電源側から順に第2のPチャン
ネルトランジスタおよび第2のNチャンネルトランジス
タ (3)上記接続点の電位を反転して上記第2のPチャン
ネルトランジスタに印加する第1のゲート回路 (4)上記接続点の電位を反転して上記第2のNチャン
ネルトランジスタに印加する第2のゲート回路 を備えたことを特徴とするものである。
【0007】
【作用】本発明の出力バッファ回路は、上記構成によ
り、出力電圧が遷移する初期の段階では、先ず第1のN
チャンネルトランジスタもしくは第1のPチャンネルト
ランジスタがオン状態になる。ここで、電源側に第1の
Nチャンネルトランジスタが、グラウンド側に第1のP
チャンネルトランジスタが接続されているため、それら
第1のNチャンネルトランジスタないし第1のPチャン
ネルトランジスタではシュレッショルド電圧分だけ電圧
効果が生じ、それら第1のNチャンネルトランジスタも
しくは第1のPチャンネルトランジスタの電圧降下分だ
け小さい振幅で出力電圧が遷移する。従って、出力電圧
が遷移する初期の段階では、第1のNチャンネルトラン
ジスタもしくは第1のPチャンネルトランジスタがオン
状態になっても外部負荷に流れる電流はそれだけ抑制さ
れるため、急激な電流変化はなく電源系やグラウンド系
に発生するノイズが低減される。
【0008】次に、出力電圧の遷移による振幅の大きさ
に応じて第1のゲート回路もしくは第2のゲート回路で
第2のPチャンネルトランジスタもしくは第2のNチャ
ンネルトランジスタがオン状態になる。これら第2のP
チャンネルトランジスタと第2のNチャンネルトランジ
スタは、電源側に第2のPチャンネルトランジスタが、
グラウンド側に第2のNチャンネルトランジスタが接続
されているため、出力電圧は電源電位とグラウンド電位
の間で遷移することになり、大きな振幅が得られ、従来
技術のように外部負荷のDC規格を満足せず誤動作が発
生したり、CMOS回路が接続され定常状態で貫通電流
が流れたりするような不具合はなく、また第2のPチャ
ンネルトランジスタもしくは第2のNチャンネルトラン
ジスタがオン状態になっても、第1のNチャンネルトラ
ンジスタもしくは第1のPチャンネルトランジスタで外
部負荷に電流が流れているため、急激な電流変化はなく
電源系やグラウンド系に発生するノイズが低減される。
【0009】また、本発明は、出力電圧の電位を第1の
ゲート回路、第2のゲート回路を介して、第2のNチャ
ンネルトランジスタ、第2のPチャンネルトランジスタ
にフィードバックしながら外部負荷に流れる電流を制御
するものであるため、電源系やグラウンド系に発生する
ノイズを抑えたまま、外部負荷を、外部負荷の大きさに
応じた速度で駆動できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は、本発明の出力バッファ回路の第1実施例の回路図
である。電源VddとグラウンドGNDとの間に、電源
Vdd側から順にNチャンネルトランジスタ11とPチ
ャンネルトランジスタ12が互いに直列に配列されてお
り、それらNチャンネルトランジスタ11、Pチャンネ
ルトランジスタ12の各ゲートが互いに接続されてい
る。それら各ゲートは、インバータ18の出力、ナンド
ゲート19(本発明にいう第1のゲート回路)、および
ノアゲート20(本発明にいう第2のゲート回路)の各
入力に接続されている。また、インバータ18の入力は
インバータ17を経由して入力端子15に接続されてい
る。 また電源VddとグラウンドGNDとの間に、電
源Vdd側から順にPチャンネルトランジスタ13とN
チャンネルトランジスタ14が互いに直列に配列されて
おり、それらPチャンネルトランジスタ13、Nチャン
ネルトランジスタ14の各ゲートは、ナンドゲート19
の出力、ノアゲート20の出力にそれぞれ接続されてい
る。またPチャンネルトランジスタ13とNチャンネル
トランジスタ14の接続点は、Nチャンネルトランジス
タ11とPチャンネルトランジスタ12の接続点、ナン
ドゲート19とノアゲート20の各入力、および出力端
子16に接続されている。このように構成された出力バ
ッファ回路10の出力端子16に外部負荷(図示せず)
が接続される。
【0011】図2は、図1に示す出力バッファ回路の各
部波形を示す図である。入力端子15のノードAが
‘L’レベルの状態においては、インバータ17,18
を経由してノードBも‘L’レベルにあるため、Nチャ
ンネルトランジスタ11、Pチャンネルトランジスタ1
2は、それぞれオフ状態、オン状態にある。またノード
Cは、ノードBの‘L’レベルがナンドゲート19で反
転され‘H’レベルにあるため、Pチャンネルトランジ
スタ13はオフ状態にある。またPチャンネルトランジ
スタ12がオン状態にあるため、ノードEは‘L’レベ
ルにあり、ノードDはこのノードEの‘L’レベルとノ
ードBの‘L’レベルとがノアゲート20に入力されて
いるため、‘H’レベルにあり、このためNチャンネル
トランジスタ14はオン状態にある。
【0012】ここで、入力端子15のノードAが、図2
に示すように‘L’レベルから‘H’レベルに変化する
と、インバータ17,18を経由してノードBも‘H’
レベルに変化する。すると、Nチャンネルトランジスタ
11、Pチャンネルトランジスタ12は、ノードBが
‘H’レベルのため、それぞれオン状態、オフ状態に変
化する。
【0013】一方、ノードCの電位は、ノードBが
‘H’レベルに変化してもノードEの電位がまだ‘L’
レベルにあるため、ナンドゲート19で反転され‘H’
レベルにあり、Pチャンネルトランジスタ13はオフ状
態にある。またノードDは、ノードBの‘H’レベルが
ノアゲート20で反転されるため、図2に示すように
‘H’レベルから‘L’レベルに変化し、これによりN
チャンネルトランジスタ14はオン状態からオフ状態に
変化する。
【0014】Nチャンネルトランジスタ11がオン状態
になるため、電源Vdd→Nチャンネルトランジスタ1
1→出力端子16の経路を通って外部負荷に電流が流れ
る。ここでNチャンネルトランジスタ11は電源Vdd
側に接続されているため、その電圧降下は大きく、従っ
て外部負荷にはその電圧降下分だけ抑えられた小さな電
流が流れ、ノードEの電位は図2に示すようにゆるやか
に上昇し、このため急激な電流変化はなく電源Vddの
変動は小さく、電源系に発生するノイズが低減される。
【0015】ここでNチャンネルトランジスタ11がオ
ン状態になっているため、電源Vdd→Nチャンネルト
ランジスタ11→出力端子16の経路を通って外部負荷
に電流が流れ続けており、これによりノードEの電位が
‘H’レベル側に上昇する。Nチャンネルトランジスタ
11がオンを開始した初期はノードEの電位はナンドゲ
ート19のしきい値(およそ電源電圧Vdd−Nチャン
ネルトランジスタ11の電圧降下分VthN )よりも小
さいため、ノードCは‘H’レベルにあり、Pチャンネ
ルトランジスタ13はまだオフ状態にある。Nチャンネ
ルトランジスタ11から外部負荷にさらに電流が流れ、
ノードEの電位がさらに‘H’側に向かい、ノードEの
電位がナンドゲート19のしきい値を越えると、ナンド
ゲート19の他方の入力にはノードBの‘H’レベルが
入力されているため、ノードCは‘L’レベルに変化す
る。するとPチャンネルトランジスタ13がオン状態に
なり、Nチャンネルトランジスタ11の電流に加えPチ
ャンネルトランジスタ13の電流も外部負荷に流れる。
ここでPチャンネルトランジスタ13は、電源Vdd側
に接続されているため、Pチャンネルトランジスタ13
の電圧降下は小さく、従って外部負荷には電源Vddと
等しい電圧が印加されこの電圧で外部負荷に電流が流れ
ることになるが、Nチャンネルトランジスタ11で外部
負荷に既に電流が流されておりノードEの電位はナンド
ゲート19のしきい値まで上昇しているため急激な電流
変化はなく電源Vddの変動は小さく電源系に発生する
ノイズが低減される。
【0016】一方、入力端子15のノードAが‘H’レ
ベルから‘L’レベルに変化する場合には、ノードBは
インバータ17、18を経由して‘L’レベルに変化す
る。するとNチャンネルトランジスタ11、Pチャンネ
ルトランジスタ12は、ノードBが‘L’レベルのた
め、それぞれオフ状態、オン状態に変化する。またノー
ドBが‘L’レベルのため、ノードCはナンドゲート1
9を経由して‘H’レベルに変化し、これによりPチャ
ンネルトランジスタ13がオフ状態になる。
【0017】Pチャンネルトランジスタ12がオン状態
になるため、外部負荷からPチャンネルトランジスタ1
2に電流が流れる。ここでPチャンネルトランジスタ1
2はグラウンドGND側に接続されているため、その電
圧降下は大きく、従ってPチャンネルトランジスタ12
にはその電圧降下分だけ抑えられた小さな電流が流れ、
ノードEの電位は図2に示すようにゆるやかに下降し、
このため急激な電流変化はなくグラウンドGNDの変動
は小さくグラウンド系に発生するノイズが低減される。
【0018】Pチャンネルトランジスタ12がオンを開
始した初期はノードEの電位はノアゲート20のしきい
値(およそPチャンネルトランジスタ12の電圧降下分
VthP )であり、この値はPチャンネルトランジスタ
13とNチャンネルトランジスタ14とが同時にオン状
態になり貫通電流が流れないように、ナンドゲート19
のしきい値よりも低いしきい値に調整されている)より
も大きいため、ノードDはまだ‘L’レベルにあり、N
チャンネルトランジスタ14はオフ状態にある。Pチャ
ンネルトランジスタ12に外部負荷からさらに電流が流
れ、ノードEの電位がさらに‘L’側に向かい、ノード
Eの電位がノアゲート20のしきい値より小さくなる
と、ノアゲート20の他方の入力にはノードBの‘L’
レベルが入力されているため、ノードDは‘H’レベル
に変化する。するとNチャンネルトランジスタ14がオ
ン状態になり、Pチャンネルトランジスタ12に流れて
いる電流に加えNチャンネルトランジスタ14にも電流
も流れる。ここでNチャンネルトランジスタ14は、グ
ラウンドGND側に接続されているため、Nチャンネル
トランジスタ14の電圧降下は小さく、従ってNチャン
ネルトランジスタ14にはグラウンドGNDと等しい電
位になるまで電流が流れることになるが、Pチャンネル
トランジスタ12に既に電流が流れておりノードEの電
位がおよそノアゲート20のしきい値まで下降している
ため急激な電流変化はなくグラウンドGNDの変動は小
さく、従ってグラウンド系に発生するノイズが低減され
る。
【0019】ここで、Nチャンネルトランジスタ11、
Pチャンネルトランジスタ13から外部負荷に流れる電
流、およびPチャンネルトランジスタ12、Nチャンネ
ルトランジスタ14に外部負荷から流れる電流は、ノー
ドEの電位に応じてナンドゲート19、ノアゲート20
を介して制御されるため、外部負荷を、外部負荷の大き
さに応じた速度で駆動できる。
【0020】図3は、本発明の出力バッファ回路の第2
実施例の回路図である。図3に示す出力バッファ回路3
0は、図1に示す出力バッファ回路10と比べ、図1に
示すインバータ17,18が削除され、またナンドゲー
ト19、ノアゲート20に代えて、それらナンドゲート
19、ノアゲート20のしきい値と同等のしきい値を有
するインバータ31,32が配置されている点が異なっ
ている。このように回路を簡素化し、本発明にいう第
1、第2のゲート回路としてインバータ31,32を使
用しても図1に示す第1実施例と同様の効果を得ること
ができる。
【0021】図4は、本発明の出力バッファ回路の第3
実施例の回路図である。尚、図1に示す出力バッファ回
路10の構成要素と同じ要素には同一の番号を付す。図
4に示す第3実施例にも、本発明の出力バッファ回路の
構成要件全てが含まれており、さらに回路が付加されて
いる。
【0022】電源VddとグラウンドGNDとの間に、
Nチャンネルトランジスタ41とPチャンネルトランジ
スタ42のペア、Nチャンネルトランジスタ43とPチ
ャンネルトランジスタ44のペア、Nチャンネルトラン
ジスタ11とPチャンネルトランジスタ12のペア、お
よびPチャンネルトランジスタ13とNチャンネルトラ
ンジスタ14のペアが、それぞれ配列されている。また
Nチャンネルトランジスタ41、Pチャンネルトランジ
スタ42の各ゲートが互いに接続されているとともにバ
ッファ47の出力、ナンドゲート19の入力、ノアゲー
ト20の入力に接続されている。バッファ47の入力は
入力端子15に接続されている。Nチャンネルトランジ
スタ41とPチャンネルトランジスタ42の接続点はN
チャンネルトランジスタ43、Pチャンネルトランジス
タ44の各ゲートに接続されている。それらNチャンネ
ルトランジスタ43とPチャンネルトランジスタ44の
接続点は、バッファ45,46の各入力、Nチャンネル
トランジスタ11とPチャンネルトランジスタ12の接
続点、ナンドゲート19とノアゲート20の各入力、P
チャンネルトランジスタ13とNチャンネルトランジス
タ14の接続点、および出力端子16に接続されてい
る。バッファ45,46の各出力は、Nチャンネルトラ
ンジスタ11、Pチャンネルトランジスタ12の各ゲー
トに接続されている。またナンドゲート19、ノアゲー
ト20の各出力は、Pチャンネルトランジスタ13、N
チャンネルトランジスタ14の各ゲートに接続されてい
る。ここで、バッファ45のしきい値は、およそ電源電
圧Vdd−2VthN(2VthNは、Nチャンネルトラ
ンジスタ43の電圧降下分の2倍の電圧値)に調整され
ており、またバッファ46のしきい値は、バッファ45
のしきい値よりも低い値である、およそ2VthP(2V
thP は、Pチャンネルトランジスタ44の電圧降下分
の2倍の電圧値)に調整されている。
【0023】ここで、入力端子15のノードAが、
‘L’レベルから‘H’レベルに変化すると、Nチャン
ネルトランジスタ41、Pチャンネルトランジスタ42
が、それぞれオン状態、オフ状態に変化する。Nチャン
ネルトランジスタ41がオン状態になるため、Nチャン
ネルトランジスタ43,Pチャンネルトランジスタ44
が、それぞれオン状態、オフ状態に変化するが、Nチャ
ンネルトランジスタ41は電源Vdd側に接続されてい
るためその電圧降下は大きく、従ってNチャンネルトラ
ンジスタ43はその電圧降下分だけ低い電位でオン状態
に変化し、またNチャンネルトランジスタ43も電源V
dd側に接続されているためその電圧降下は大きく、従
って外部負荷にはその電圧降下分だけ抑えられた小さな
電流が流れ、ノードEの電位はゆるやかに‘H’レベル
側に上昇する。Nチャンネルトランジスタ41,43が
オンを開始した初期はノードEの電位はバッファ45の
しきい値よりも小さいため、Nチャンネルトランジスタ
11はまだオフ状態にある。Nチャンネルトランジスタ
43から外部負荷にさらに電流が流れ、ノードEの電位
がさらに‘H’側に向かい、ノードEの電位がバッファ
45のしきい値を越えると、Nチャンネルトランジスタ
11がオン状態になり、Nチャンネルトランジスタ43
の電流に加えNチャンネルトランジスタ11の電流も外
部負荷に流れる。ここでNチャンネルトランジスタ11
は、電源Vdd側に接続されているため、Nチャンネル
トランジスタ11の電圧降下は大きく、従って外部負荷
にはその電圧降下分だけ抑えられた小さな電流が流れ、
ノードEの電位はやはりゆるやかに‘H’レベル側に上
昇する。Nチャンネルトランジスタ11がオンを開始し
た初期はノードEの電位はナンドゲート19のしきい値
よりも小さいため、Pチャンネルトランジスタ13はま
だオフ状態にある。Nチャンネルトランジスタ11,4
3双方から外部負荷にさらに電流が流れ、ノードEの電
位がさらに‘H’側に向かい、ノードEの電位がナンド
ゲート19のしきい値を越えると、Pチャンネルトラン
ジスタ13がオン状態になり、Nチャンネルトランジス
タ11,43の電流に加えPチャンネルトランジスタ1
3の電流も外部負荷に流れる。このように、ノードEの
電位は、Nチャンネルトランジスタ43の電流によりバ
ッファ45のしきい値まで上昇するとNチャンネルトラ
ンジスタ11の電流が加わり、さらにナンドゲート19
のしきい値まで上昇するとPチャンネルトランジスタ1
3の電流も加わり3段階に亘り上昇するものであるた
め、電源Vddの変動は一層小さくなり電源系に発生す
るノイズがより低減される。
【0024】一方、入力端子15のノードAが‘H’レ
ベルから‘L’レベルに変化する場合には、バッファ4
6のしきい値が、およそPチャンネルトランジスタ44
の電圧降下分の2倍の電圧値2VthP に調整されてい
るため、Pチャンネルトランジスタ44、Pチャンネル
トランジスタ12、Nチャンネルトランジスタ14の順
にオン状態になり、従って今度はグラウンドGNDの変
動が一層小さくなりグラウンド系に発生するノイズがよ
り低減される。
【0025】さらに、ノードEの電位の電位に応じてバ
ッファ45とナンドゲート19、およびバッファ46と
ノアゲート20を介して、外部負荷に流れる電流を制御
するものであるため、外部負荷を、外部負荷の大きさに
応じた速度で駆動できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の出力バッ
ファ回路によれば、電源系及びグラウンド系に発生する
ノイズが低減され回路の誤動作が防止される。また出力
電圧の遷移に応じて外部負荷の電流を制御するものであ
るため、電源系およびグラウンド系に発生するノイズを
抑えたまま、外部負荷を、外部負荷の大きさに応じた速
度で駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の出力バッファ回路の第1実施例の回路
図である。
【図2】図1に示す出力バッファ回路の各部波形を示す
図である。
【図3】本発明の出力バッファ回路の第2実施例の回路
図である。
【図4】本発明の出力バッファ回路の第3実施例の回路
図である。
【符号の説明】
10,30,40 出力バッファ回路 11,14,41,43 Nチャネルトランジスタ 12,13,42,44 Pチャネルトランジスタ 15 入力端子 16 出力端子 17,18,31,32 インバータ 45,46,47 バッファ 19 ナンドゲート 20 ノアゲート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源とグラウンドとの間に互いに直列に
    配列され、ゲートが互いに接続された、電源側から順に
    第1のNチャンネルトランジスタおよび第1のPチャン
    ネルトランジスタと、 電源とグラウンドとの間に互いに直列に配列されるとと
    もに互いの接続点が前記第1のNチャンネルトランジス
    タと前記第1のPチャンネルトランジスタとの接続点に
    接続されてなる、電源側から順に第2のPチャンネルト
    ランジスタおよび第2のNチャンネルトランジスタと、 前記接続点の電位を反転して前記第2のPチャンネルト
    ランジスタに印加する第1のゲート回路と、 前記接続点の電位を反転して前記第2のNチャンネルト
    ランジスタに印加する第2のゲート回路とを備えたこと
    を特徴とする出力バッファ回路。
JP7058365A 1995-03-17 1995-03-17 出力バッファ回路 Withdrawn JPH08256046A (ja)

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