JPS59216328A - レベルシフト回路 - Google Patents

レベルシフト回路

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JPS59216328A
JPS59216328A JP58091065A JP9106583A JPS59216328A JP S59216328 A JPS59216328 A JP S59216328A JP 58091065 A JP58091065 A JP 58091065A JP 9106583 A JP9106583 A JP 9106583A JP S59216328 A JPS59216328 A JP S59216328A
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JP
Japan
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circuit
potential
signal
output terminal
mosfet
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JP58091065A
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Inventor
Masami Hashimoto
正美 橋本
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/0948Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors

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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】 本発明はpチャネル及びNチャネルの絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ(以下MO8FE’I’と略す)で構
成されたレベルソフト回路に関するものである。
集積回路においては、例えば液晶を用いた表示回路を駆
動するときには昇圧回路を用いて高い電圧を作る場合が
あり、また低消費電流の回路を得る為に低い電圧の定電
圧回路を用いる場合等かあって集積回路内部において異
なった電圧で動作している回路が混在していることが多
々ある。そしてそれらの回路は互いに信号が往き来して
いることが一般的であるが、低い電圧系の回路の信号で
高い電圧系の回路を動かす場合にはそれらを給金する回
路が必要となる。そしてこの回路をレベルシフト回路と
呼ぶ。レベルシフト回路において主な問題の特性は消費
電流と周波数応答特性であり、その観点からレベルシフ
ト回路は次第に改良されて来た。第2〜第4図は従来の
レベルシフト回路の例であり、古い順に並べである。つ
まり順に改良の歴史でもある。第2図は西独国特許公開
2154877(DFj、A)の回路であり、第3図は
日本国特許公開昭57−78227の回路であり、第4
図は日本国特許公告昭57−59690の回路である。
以上の第2〜第4図の従来のレベルシフト回路を説明す
る前に、まずレベルシフト回路を特に用いない場合の問
題を第1図で簡11iに説明する。
第1図においてCL+、Q3はpチャネルMO8FET
であり、Q2  、Q4はN チーwネルMO3FHT
である。NチャネルMO8FETQ2 1Q4のソース
はO電位である負極に接続されているOpチャネルMO
3FKTQ、のソースは電位E1である第1の正極に接
続されている。pチャネルMO3’FT:TQ3のソー
スは電位E、である第2の正極に接続されている。ここ
でK I < E 2 とする。入力信号101はMO
3FETQ+  、ct2からなるインバータを駆動し
て反転入力信号102となり、MO3FETQ、a  
lQ4 からなるインバータのゲートに入力する。さて
以上の回路で出力端子10ろは0〜E2の間の電位をと
るが、出力端子103の電位を0にする場合にはMOS
IPFiTQ、をオン(ON)して、MO8FKTQ、
、をオフ(OFF)するので反転入力信号102の電位
は高い方が良いが反転入力信号102の電位は0〜E、
の間しかとれないので反転入力信号の電位をEl とし
た場合でもM’08FETQ、sのスレッシュホールド
電圧をVTI(とじて E2− K、 :> V Tl’! の関係が成りたつとM OS F E T Q3はオフ
しない。したがって出力端子+03の電位は必ずしも0
電位にはならないと同時に、MO3FETQ、。
lQ4 を通して電位E2の第2の正極がら電位〇の負
極へ貫通電流が流れてしまう。つまり正常な動作が必ず
しも保障できないとともに低消費電流をも特徴である相
補型MO8集積回路の長所を大きく損なってしまう。
レベルシフト回路は以上の様な問題点を除く為に登場し
た回路であって第2図の回路がpチャネル及びNチャネ
ルMO3FETを用いたいわゆる相補型回路のレベルシ
フト回路としては最も基本的な回路である。
第2図においてQ、。IQ221 Q24はpチャネル
M OS F E Tであり、Q、21.Q、t3 +
QtiはN++ネルM OS F E Tである。Nチ
ャネ/lz M 0S N E T 9.21  + 
Qt*  + Q、iのソースは0電位である負極に接
続されている。pチャネルMO8F E T q、oの
ソースは雷、位E I である第1の正極に接続されて
いる。pチャネルMO8FETQ22  + Q24の
ソースは電位E2である第2の正極罠接続されている。
また端子201より信号は入力し、信号202は信号2
01を反転した信号である0ここで信号201及び信号
202は0〜B、の間の電位で動作する。信号203は
レベルシフト回路としての出力信号であり、信号204
は信号203の反転した信号である。ここで信号206
及び信号204は0− E 2の間の電位で動作する。
さて信号201がL OWの信号であるO電位の時、信
号202はE1電位、信号203は0電位・信号204
はE2電位であり、Q20  +Q22  + Q2!
はオンしており、Q121 1 Q23  +Q44は
オフしている。ここで信号201がHlghの信号であ
るEl電位をとるとQ23はオンして信号204は0電
位に向う、とともに信号202は0電位となってQ2B
をオフさせる。Q25はオフLQ2AはオンするのでQ
22はオフの方向へQ24はオンの方向へ向うが、それ
によって信号203はE2電位の方向へ、信号204は
0電位に向うのでQ22は更にオフの方向へ、Q、4は
オンの方向へと加速され、ついに信号201がE1電位
で信号202はo M、位、信号203はE2電位、信
号204は0電位であって、Q10 + Q22  !
 Q4!Iはオフ・Q21 1Q23 1 Q24はオ
ンの状態に落ちつく。ここで信号201がふたたび0電
位に変るとQ2jはオフし、信号202はE、電位とな
ってQ25をオンさせる。Q’1Mはオンするので信号
203はOWt位に向う。Q2Sはオフし、Q2゜はオ
ンするのでQI!2はオンの方向へ、Q、4はオフの方
向へ向うが、それによって信号203は0電位の方向へ
・信号204はE2電位に向うのでQ2tハ更にオンの
方向へ、Q、24はオフの方向へと加速され、つい圧信
号201が0電位で信号202はE、電位、信号206
は0電位、信号2゜4はH2電位であってQ2o  +
 Q2t  + Q28はオン・Q21  + Q23
  r Q24はオフの状態に落ちっく。以上の動作及
び状態が繰り返えされる訳であるが、以上の回路動作が
スムースに行なわれるのはソース電位が0のNチャネル
MO3FETQ、2゜+ Q2g  + Q25が0〜
E、の電位でゲートを制御され・ソース電位がE、電位
のpチャネルMO8FETQ2oが0〜E1の電位でゲ
ートを制御され、ソース電位がIO2電位のpチャネル
MO3FE T Q22 1 Q24が0〜E2の電位
でゲートを制御されるからである。殊に第2図の回路が
第1図の回路に比較して正常に動作する理由はQ22 
Q24のゲート電位が0〜E2で制御される回路構成に
なった為である。つまりすべてのMOSFETが完全に
オン、オフするのに必要なゲート電位が供給されるから
である。
第3図の回路は第2図の回路を若干、改良したものであ
る。第5図においてM OS F E TQ、o〜Q8
Mまでは第2図のM OS F E T Q20−Q2
5までの構成と同じで、かつ順にそれぞれ対応しており
、第6図の回路が第2図の回路と異なるのは抵抗R36
がM OS F E T Q32とQ、 j3の間に、
抵抗R37がMo5FETQ23とQ3.の間にそれぞ
れ付加されたことである。抵抗R0及びR37を加えた
理由は信号が変り、状態が遷移する途中で流れる貫通電
流を減少させるのが主な目的である。つまり第2図の回
路の動作で説明したように信号201が0電位でM O
S F Ei TQ、2がオンで信号204がE2電位
の状態から・信号201がE1電位に変りM OS F
 ET Q22がオフし信号204が0電位の状態に落
ちつくまでの過程はMo5FETQ23かまずオンし、
信号204を0電位に向かわせ、M OS F E T
 Q24をオンさせ信号203をE2電位に向かわせる
ことによりMo5FETQ23をオフさせる方向に向い
、それが繰り返えされ、加速され最終的にQ23がオン
Q22が完全圧オフの状態になるのであるが、以上の過
程の途中でQ22 + Qtsがともにオンの状態かあ
り、この間Q22  + Q23を通じて貫通電流が流
れる。第3図の回路の抵抗R36+R37は前述した貫
通電流を一定以下の値に抑えようとするものである。
第4図の回路は第3図の回路を更に改良し7たものであ
る。第4図においてM OS F E T Q40〜Q
4ffまでは第3図のM OS F K T Qso 
”Qssまでの構成と同じで、かつ順にそれぞれ対応し
ている。第4図の回路が第5図の回路と異なるのは第3
図の回路における抵抗R36及びR37を第4図の回路
においてはpチャネルMO8FETQ、6及びpチャネ
ルMO8FKTQ、、にそれぞれ置き換えたことにある
。なおM OS F 1lti T Q、6のゲート電
極は入力信号401に接続され・MO3F E T Q
、□のゲート電極は反転入力信号402に接続されてい
る。第6@の回路における抵抗R16+R37は貫通電
流を制限はするものの出力信号302やその反転出力信
号604がE2電位になるときはかえって遅くすること
もある@第4図の回路においては抵抗の代りにMQSF
FiTであるので貫通電流を制限する場合にはオフし、
電位E2を出力信号403、あるいは反転出力信号40
4に流しこむ場合にはオンするという様に使い分けられ
ており、貫通電流を制限するとともに応答性が速くなっ
ている。
以上が従来のレベルシフト回路の例であり、かつ順に改
良の歴史でもあった。
本発明は更に高屈の応答性を持ち、かつ貫通電流の少な
いレベルシフト回路を提供するものである。
以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。
第6図は本発明の第1の実施例である・第6図において
Q、。+ Qa2 + Qa4 + Q117はpチャ
ネルMO6FF!Tであり、Qat  + Qas  
+ Qatl  sQ8M  + Qat1はNチャネ
ルMO8FEiTである。
NチャネルMO8FRiTQsl  lQ、63 1Q
6!l  IQes  t Q10のソースは0電位で
ある負@605に接続されている。pチャネルM O’
S F E T C16゜のソースは電位に、である第
1の正極606に接続されている。pチャネルM OS
 F F!T Qat  sQ、4のソースは電位E、
である第2の正極607に接続されている。pチャネル
MO8F1nTQa2のドレインとpチャネルMO8F
]nTQaaのソースが接続され、pチャネルMO8F
II!TQ’+aのドレインはNチャネルMO8FET
Q、6sトQ 6 g 17) )”レインに接続され
ている。なおMO8F E T QeeのドレインとQ
a3のドレインの接続点が反転出力端子604となって
いる。pチャネルM OS F E T q、、のドレ
インとpチャネルMO8FKTQ67のドレインはHチ
+ネルMO8F K T Q、、とQ6゜のドレインに
接続されている。なおMOSFETQ67のドレインと
。65のドレインの接続点が出力端子605となってい
る。
pチャネルMO8FET’QeoのドレインとNチャネ
ルM 08 F E T Qa +のドレインは接続さ
れている。M OS P E T Q a oとct6
1のゲートは共に入力信号端子601に接続されている
。MO8F E T Q、、とQeaのゲートは共に入
力信号端子601に接続されている。MOSFETQ、
、J−Q(17のゲートは共産反転入力信号602に接
続されている。MOSFETQatと。。のゲートは共
に出力端子603に接続されている。MO9F M T
 Qa4と96gのゲートは共に反転出力端子604に
接続されている。以上の笛6図の回路においてMOSF
ETQ、68とQeoを取り除いた回路は第4図の回路
と同じである◎つまり本発明の回路構成はM OS F
 E T Q66とQ6.を新たに付は加えたことに特
徴がある。M OS F B T QaaはMOSFE
TQ、、sに並列に接続されることによって、またM 
OS F E T Q、、はMOSFETQ6Bに並列
に接続されることによって、それぞれ単独のMOSFE
Tよりは能力が向上し、切り替る際の速度が向上する。
つまり応答性が良くなる。さて第4図の従来の回路でも
MO5FETのβに代表される能力をあげれば一般に応
答性は高まる。第5図は第4図におけるMOSFETQ
、3とQ4sのβを大きくした場合を模式的にMOS7
 E T Q、5gとQlloをそれぞれQsa + 
Qllllに並列に追加することによって表現したもの
である。
つまりNチャネルMO57KTQ、、とQ、のソース、
ドレイン、ゲートは共通であるのでQI+8の分だけQ
13はトランジスタ能力が増加したと考えられる。また
Q5BとQlloの関係についても同様である。したが
って第5図は第4図の回路のMOSFETの能力を大き
くした場合の等価回路の一例を示すものであり、従来の
回路の第4図の範階に属するものである。さて第5図と
本発明の第6図の違いは第5図のQW、のゲートが入力
信号端子501に接続されているのに対し、第6図のQ
at1のゲートは出力端子603に接続されていること
であり、また同様に第5図のQffl、のゲートが反転
入力信号502VC接続されているのに対し・第6図の
910.のゲートは反転出力端子604に接続されてい
る点にある。そして第5図の入力信号501及び反転入
力信号502は0〜E1の電圧で動作するの九対し、第
6図の出力端子603及び反転出力端子604は0〜E
2の電圧で動作する。したがって’lesとQ118が
MO5FKTとして同じβならばオンするときQa8の
ゲート電位はE、でありQltllのゲート電位はEl
であるのでQ、よりはQeeの方がトランジスタの能力
としては大きく働くことがわかる。したがって本発明の
第6図の回路でQ6.及びQat1を付加したことは従
来の第4図の回路で9411及びQ45のβを単純に増
加した場合以上の効果があることがわかり、高速の応答
性により適した回路であること、また応答性圧おいて同
条件に設定すれば従来の回路より消費電流が少くなるこ
ともわかる。
そしてこの効果はR2とE、の差が大きくなればなる程
、著しく現われて来る。
第7図は本発明の第2の実施例である。第7図において
M OS F K T Q70〜Q?+1は第6図のM
OS F W T Q、ao 〜Qnoに順に対応し7
、また第7図の信号701〜704は第6図の信号60
1〜604に対応し、かつ接続関係も同じであるが、た
だ第7図においてはQ76とQ72、及びQ77とQ7
4のソースに対する接続関係の順がともに入れ替ってい
る点が異なっている。ただし第7図の回路と第6図の回
路がレベルシフト回路として同一の働きをするのは明ら
かである。
第8図は本発明の第3の実施例である。第6図及び第7
図の回路は負極が共通で正極が電位E1の第1の正極と
電位E2の第2の正極を持つ場合の回路であったが、第
8図の回路は正極が共通で負極が電位−E、の第1の負
極とTI?、 <ir、 −v 、の第2の負極を持つ
場合の回路で、第6図の回路におけるpチャネルとNチ
ャネルのトランジスタの構成を逆にしたものであり、第
8図のMO8FETQ= 80〜Q89は第6図のM 
OS F E T Q611〜Qe。
に順に対応し・また第8図の信号801〜804は第6
図の信号601〜604に順に対応し2ている0以上の
第8図の回路がやはり秀れたレベルシフト回路であるこ
とはいままでの説明により明らかである。
以上・本発明は従来のレベルシフト回路よりも一層、高
速の応答性を有I7、また低消費電流に適したレベルシ
フト回路であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図はレベルシフト回路を用いないで異なりた電源系
の信号を伝える場合を示した回路図、第2図、第3図、
第4図は従来のレベルシフト回路    “図、第5図
は第4図の等価回路の一例を示す図、第6図は本発明の
第1の実施例の回路図、第7図は本発明の第2の実施例
の回路図、第8図は本発明の第3の実施例の回路図であ
る。 101.201.301.401.501.601.7
01.801・・・・・・入力信号端子102.202
,302,402,502,602.702.802・
・・・・・反転入力信号103.203.303.40
3.503.603.703,803・・・・・出力端
子204.304.404.504.604.704.
804・・・・・・反転出力端子205.305,40
5,505,605,705・・・・・・負極の基準電
圧端子 805・・・・・・正極の基準電圧端子206.306
,406,506,606,706・・・・・・正の電
圧に、が供給される第1の電源端子 2 0 7  、 3 0 7  、 4 0 7  
、 5 0 7  、 6 0 7  、 707・・
・・・・正の電圧E、が供給される第2の電源端子 806・・・・負の霜、圧−Elが供給される第1の電
源端子 807・・・・・負の電圧−R2が供給される第2の電
源端子 Q+  + Qs  + Q−211+ Q、22 1
Q24 1 Qso  jQstl  Q34 1  
Q40 1Q42  +Q44 1Q46 1Q、4?
  5Qso  I QI+2  +Qs<  IQ!
+6  +Q*t  IQeo  IQ62IQ64 
 +Q6e  +Qnq  +  Qqo  5Q−7
t  IQ74 1Q76 1Q??  +Q81 1
Q83  +  Qs5 +  Qllll  +Q8
G・・・・・pチャネルMO3F’ET Q2    IQ、4   1   Q 21    
+9 2 s   +Qt  lI  +Qs+   
 *Qss+ Qs5 + Q41  + Q43  
+Q+5 + Q、51  + Q’53  IQeo
  + Q!IA  、Qi。+ Q+z  + Q6
!  + Qas  lQ6♂1Q60 1  Q?I
  IQ7!  +Q、7*  +  97g  + 
 Qto  +Qso + Q82  νQst  +
 Qaa  + Ql!?・・・φ・・NチャネルMO
8FET R16+”37・・・・・・抵抗 以  上 出願人  株式会社諏訪精工舎 代理人  弁理士 最上  務

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基準電圧が供給される基準電圧端子と、第1の電圧E、
    が供給される第1の電源端子と、前記第1の電圧E、よ
    りも大きい第2の電圧E2が供給される第2の電源端子
    と、信号が与えられる入力端子と、第1の出力端子と、
    第2の出力端子と、前記第2の電源端子と前記第2の出
    力端子との間に直列接続された第1の導電型の第1.第
    2の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下MO8F
    ETと略す)と、前記基準電圧端子と前記第2の出力端
    子との間に並列接続された第2の導電型の第3.第4の
    MOSFETと、前記第2の電源端子と前記第1の出力
    端子との間に直列接続された第1の導電型の第5.第6
    のMOSFETと、前記基準電圧端子と前記第1の出力
    端子との間に並列接続された第2の導電型の第7.第8
    のMOSFETと、前記第1の電源端子と前記基準電圧
    端子との間にインバータを形成する第1の導電型の第9
    のMOSFETと第2の導電型の第10のMOSFET
    とを有し、前記第1.第4のMOSFETのゲート電極
    をともに前記第1の出力端子に接続し、前記第5.第8
    のMOSFETのゲート電極をともに前記第2の出力端
    子に接続し、前記第2.第3.第9.第10のMOSF
    ETのゲート電極をともに前記入力端子に接続し、前記
    第6、第7のMOSFETのゲート電極をともに前記第
    9のMOSFETのドレインと前!IQのMOSFET
    のドレインとの接続点に接続したことを特徴とするレベ
    ルシフト回路。
JP58091065A 1983-05-24 1983-05-24 レベルシフト回路 Pending JPS59216328A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341148A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Seiko Epson Corp 両極性レベルシフト回路
US5920203A (en) * 1996-12-24 1999-07-06 Lucent Technologies Inc. Logic driven level shifter
JP2005102086A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Renesas Technology Corp 半導体装置およびレベル変換回路
US6937065B2 (en) 2002-06-28 2005-08-30 Nec Electronics Corporation Level shelter, semiconductor integrated circuit and information processing system

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