JPS6057724A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
- Publication number
- JPS6057724A JPS6057724A JP58164976A JP16497683A JPS6057724A JP S6057724 A JPS6057724 A JP S6057724A JP 58164976 A JP58164976 A JP 58164976A JP 16497683 A JP16497683 A JP 16497683A JP S6057724 A JPS6057724 A JP S6057724A
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- Japan
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- output circuit
- supply voltage
- circuit
- output
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
- H03K19/018521—Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
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】
〔技術分野〕
この発明は、半導体集積回路技術さらにはMO8集積回
路に適用して特に有効な技術に関するもので、例えばM
O8集積回路の出力回路に利用して有効な技術に関する
ものである。
路に適用して特に有効な技術に関するもので、例えばM
O8集積回路の出力回路に利用して有効な技術に関する
ものである。
相補型MO8FETからなるCMO8論理LSIにおい
ては、一般に、入力インターフェースはTTLコンパチ
ブルにされているが、出力回路がMOSFET (絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ)によって植成され、内
部回路と出力回路とが同一の電源電圧によって動作され
るようになっているため、出力はTTLレベルよりも振
幅の大きなMOSレベルにされていた。つまり、CMO
8論理LSIにおける出力信号Voutの振幅は、第1
図に示すように、電源電圧幅(OV−5V)だけであっ
た。
ては、一般に、入力インターフェースはTTLコンパチ
ブルにされているが、出力回路がMOSFET (絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ)によって植成され、内
部回路と出力回路とが同一の電源電圧によって動作され
るようになっているため、出力はTTLレベルよりも振
幅の大きなMOSレベルにされていた。つまり、CMO
8論理LSIにおける出力信号Voutの振幅は、第1
図に示すように、電源電圧幅(OV−5V)だけであっ
た。
一方、0MO3論理LSIでもインターフェースはTT
Lになっているものが多く、その場合、出力レベルも3
〜3.5vあれば充分である。しかるに、第1図に示す
ように、出力振幅がoV−5vにされていると、出力が
5vからOvに変化する場合、3.5Vまでは負荷素子
にとって不感帯であり無駄な遷移時間となる。そのため
、出力信号の立下がり時における信号の遅延時間が大き
くなり、出力回路のスピードが遅いという不都合があっ
た。
Lになっているものが多く、その場合、出力レベルも3
〜3.5vあれば充分である。しかるに、第1図に示す
ように、出力振幅がoV−5vにされていると、出力が
5vからOvに変化する場合、3.5Vまでは負荷素子
にとって不感帯であり無駄な遷移時間となる。そのため
、出力信号の立下がり時における信号の遅延時間が大き
くなり、出力回路のスピードが遅いという不都合があっ
た。
そこで、出力回路を構成するMOSFETの定数を大き
くとって負荷駆動能力を大きくすることによって遅延時
間を低減させることを考えた。しかし、出力回路の駆動
能力を大きくすると、貫通7電流が多くなるため、大規
模な論理LSIになるに従って出力回路数も多くなるの
で、出力信号の7切換わりの際の電流の変化により電源
電圧が変動されてノイズが発生し、内部論理回路が誤動
作されるおそれがあることが分かった。
くとって負荷駆動能力を大きくすることによって遅延時
間を低減させることを考えた。しかし、出力回路の駆動
能力を大きくすると、貫通7電流が多くなるため、大規
模な論理LSIになるに従って出力回路数も多くなるの
で、出力信号の7切換わりの際の電流の変化により電源
電圧が変動されてノイズが発生し、内部論理回路が誤動
作されるおそれがあることが分かった。
また、CM OS M*理LSIの出力回路のみバイポ
ーラトランジスタを用いることも考えた。しかし、これ
によると、出力振幅は容易にTTLレベルを実現できる
が、CMO8製造工程で高性能のバイポーラトランジス
タを形成することは非常に難かしい。そのため、出力回
路にバイポーラトランジスタを使って高速化することは
困難であることが分かった。
ーラトランジスタを用いることも考えた。しかし、これ
によると、出力振幅は容易にTTLレベルを実現できる
が、CMO8製造工程で高性能のバイポーラトランジス
タを形成することは非常に難かしい。そのため、出力回
路にバイポーラトランジスタを使って高速化することは
困難であることが分かった。
この発明の目的は、従来に比べて顕著な効果を奏する半
導体集積回路技術を提出することにある。
導体集積回路技術を提出することにある。
この発明の他の目的は、例えばMO8集積回路の出力回
路に適用した場合に、プロセス変更したり、出力回路に
おける信号の切換わりに作なう電源電圧へのノイズを発
生させることなく、出力回路における信号の伝搬遅延時
間を低減させ、出力回路の高速化を図ることにある。
路に適用した場合に、プロセス変更したり、出力回路に
おける信号の切換わりに作なう電源電圧へのノイズを発
生させることなく、出力回路における信号の伝搬遅延時
間を低減させ、出力回路の高速化を図ることにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は1
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、この発明は、例えば0MO8論理LSIにお
いて、内部論理回路と出力回路の電源電圧ラインを別個
にし、もしくは内部論理回路の電源電圧端子と真の出力
回路の電源電圧端子との間に電圧降下手段を設けること
によって、出力回路の電源電圧のみを低くできるように
して出力信号の振幅を小さくし、出力回路における信号
の伝搬遅延時間を低減するという上記目的を達成するも
のである。
いて、内部論理回路と出力回路の電源電圧ラインを別個
にし、もしくは内部論理回路の電源電圧端子と真の出力
回路の電源電圧端子との間に電圧降下手段を設けること
によって、出力回路の電源電圧のみを低くできるように
して出力信号の振幅を小さくし、出力回路における信号
の伝搬遅延時間を低減するという上記目的を達成するも
のである。
以下図面を用いてこの発明を具体的に説明する。
第2図は本発明を0MO8論理LSIの出力回路に適用
した場合の一実施例を示すものである。
した場合の一実施例を示すものである。
図において、1は適当なゲート回路からなる内部論理回
路部2の最終段のインバータを示す。このインバータ1
は、+5Vのような電源電圧Vadとグランドレベル(
Ov)のような電源電圧■旦Sとの間に直列接続された
Pチャンネル型MO8FETQ1とNチャンネル形MO
8FETQ2とによりCMOSインバータに構成されて
いる。
路部2の最終段のインバータを示す。このインバータ1
は、+5Vのような電源電圧Vadとグランドレベル(
Ov)のような電源電圧■旦Sとの間に直列接続された
Pチャンネル型MO8FETQ1とNチャンネル形MO
8FETQ2とによりCMOSインバータに構成されて
いる。
3は上記CMOSインバータ1の出力信号をゲートに受
けるようにされたPチャンネル形MO8FETQ3とN
チャンネル形MO8FETQ4とからなるCMOSイン
バータ4を真の出力回路として有する出力回路部である
。この出力回路部3においては、上記内部論理回路部2
の電源電圧Vddと共通の電源電圧端子5と、上記出力
回路(インバータ)4を構成するPチャンネル形MO8
FETQ3のソース端子との間に、電圧降下素子として
複数個のNチャンネル形MO8FETQ5.Q5.・・
・が直列に接続されている。
けるようにされたPチャンネル形MO8FETQ3とN
チャンネル形MO8FETQ4とからなるCMOSイン
バータ4を真の出力回路として有する出力回路部である
。この出力回路部3においては、上記内部論理回路部2
の電源電圧Vddと共通の電源電圧端子5と、上記出力
回路(インバータ)4を構成するPチャンネル形MO8
FETQ3のソース端子との間に、電圧降下素子として
複数個のNチャンネル形MO8FETQ5.Q5.・・
・が直列に接続されている。
このMO3FETQ5は、それぞれゲートとソースが短
絡(いわゆるダイオード接続)される二とにより、電圧
降下素子として作用するようにされている。つまり、N
チャンネル形MO8FETQ5のゲートとソースが短絡
されると、そのドレイン電圧はソース電圧よりもMOS
FETのしきい値電圧vth分だけ低い電圧になる。そ
のため、出力回路(インバータ)4を構成するPチャン
ネル形MO8FETQ3のソース端子と電源電圧端子5
との間にn個のMO3FETQ5が接続されていると、
MOSFETQ3のソース電圧すなわち出力回路(イン
バータ)4の電源電圧Vtは。
絡(いわゆるダイオード接続)される二とにより、電圧
降下素子として作用するようにされている。つまり、N
チャンネル形MO8FETQ5のゲートとソースが短絡
されると、そのドレイン電圧はソース電圧よりもMOS
FETのしきい値電圧vth分だけ低い電圧になる。そ
のため、出力回路(インバータ)4を構成するPチャン
ネル形MO8FETQ3のソース端子と電源電圧端子5
との間にn個のMO3FETQ5が接続されていると、
MOSFETQ3のソース電圧すなわち出力回路(イン
バータ)4の電源電圧Vtは。
内部論理回路部2の電源電圧VddよりもnXVthだ
け低に1(Vdd −n−Vth) トなる。
け低に1(Vdd −n−Vth) トなる。
従って、例えば、電源電圧Vddが5vで、電圧降下素
子としてのMO3FETQ5のしきい値電圧vthを0
.55Vに設定し、これを3個直列に接続した場合を考
えると、出力回路(インバータ)4の電源電圧Vtは約
3.35Vとなる。、ただし1、MOSFETのしきい
値vthの値は、素子の定数やプロセス等に依存してお
り、一義的には定まらないので、しきい値電圧の大きさ
に応じて接続すべきMO8FETQ5の数を決定し、出
力回路(インバータ)4の電源電圧Vtが3.0〜3.
5V程度になるようにする。
子としてのMO3FETQ5のしきい値電圧vthを0
.55Vに設定し、これを3個直列に接続した場合を考
えると、出力回路(インバータ)4の電源電圧Vtは約
3.35Vとなる。、ただし1、MOSFETのしきい
値vthの値は、素子の定数やプロセス等に依存してお
り、一義的には定まらないので、しきい値電圧の大きさ
に応じて接続すべきMO8FETQ5の数を決定し、出
力回路(インバータ)4の電源電圧Vtが3.0〜3.
5V程度になるようにする。
その結果、上記出力回路(インバータ)4から出力端子
6へ出力される出力信号Voutは、第3図に示すよう
に、電源電圧Vdd (+ 5 V)よりも低い電圧V
tとグランドレベルとの間で変化されるようになる。つ
まり、出力振幅が第1図の場合に比べて小さくされる。
6へ出力される出力信号Voutは、第3図に示すよう
に、電源電圧Vdd (+ 5 V)よりも低い電圧V
tとグランドレベルとの間で変化されるようになる。つ
まり、出力振幅が第1図の場合に比べて小さくされる。
しかして、上記出力端子6にTTLコンパチブルの論理
LSIが接続された場合、その初段の入力バッファ7の
ロジックシュレツショールドは、TTLレベルのほぼ中
間の1.4〜1.7vに設定されているので、上記出力
回路(インバータ)4の出力信号Voutがハイレベル
からロウレベルに変化する場合の立下がり時の遷移時間
Δtが第17図の場合に比べて小さくされる。これによ
って、出力回路4における信号の伝搬遅延時間が低減さ
れ、高速化が可能になる。
LSIが接続された場合、その初段の入力バッファ7の
ロジックシュレツショールドは、TTLレベルのほぼ中
間の1.4〜1.7vに設定されているので、上記出力
回路(インバータ)4の出力信号Voutがハイレベル
からロウレベルに変化する場合の立下がり時の遷移時間
Δtが第17図の場合に比べて小さくされる。これによ
って、出力回路4における信号の伝搬遅延時間が低減さ
れ、高速化が可能になる。
上記第2図の実施例では、出力回路(インバータ)4が
一つだけ示されているが、論理LSIでは同様の出力回
路が複数個設けられる。この場合、複数の出力回路4に
対して、定数の大きなMOSFETからなる共通の電圧
降下素子(Q5.Q5゜−・・)を接続させるようにす
るのが良い。つまり、各出力回路4ごとに、電圧降下素
子としてのMO3FETQ5.Q5・・・を設けると、
チップサイズとの間係で各MO3FETQ5の定数を大
きくしてオン抵抗を下げることができない。その結果、
出力回路4に流される電流が制限されて出力信号の立上
がりかにぶくなるおそれがあるが、電圧降下素子として
のMO8FETQ5を各出力回路4で共用させるように
することによって、MO8FETQ5の定数を大きく設
定してオン抵抗を下げ、出力回路に大きな電流を流せる
ようにして出力信号の立上がりに悪影響を与えないよう
にすることができる。
一つだけ示されているが、論理LSIでは同様の出力回
路が複数個設けられる。この場合、複数の出力回路4に
対して、定数の大きなMOSFETからなる共通の電圧
降下素子(Q5.Q5゜−・・)を接続させるようにす
るのが良い。つまり、各出力回路4ごとに、電圧降下素
子としてのMO3FETQ5.Q5・・・を設けると、
チップサイズとの間係で各MO3FETQ5の定数を大
きくしてオン抵抗を下げることができない。その結果、
出力回路4に流される電流が制限されて出力信号の立上
がりかにぶくなるおそれがあるが、電圧降下素子として
のMO8FETQ5を各出力回路4で共用させるように
することによって、MO8FETQ5の定数を大きく設
定してオン抵抗を下げ、出力回路に大きな電流を流せる
ようにして出力信号の立上がりに悪影響を与えないよう
にすることができる。
なお、上記実施例では、電圧降下素子としていわゆるダ
イオード接続されたMOSFETが使用されているがこ
れに限定されるものではなく、例えば、電源電圧Vdd
と出力回路4との間に適当な7数だけバイポーラトラン
ジスタを接続し、バイポーラトランジスタのPN接合ダ
イオードを利用して出力回路4へ供給される電源電圧を
降下させるようにしてもよい。
イオード接続されたMOSFETが使用されているがこ
れに限定されるものではなく、例えば、電源電圧Vdd
と出力回路4との間に適当な7数だけバイポーラトラン
ジスタを接続し、バイポーラトランジスタのPN接合ダ
イオードを利用して出力回路4へ供給される電源電圧を
降下させるようにしてもよい。
さらに、上記実施例では内部論理回路部2内の電源電圧
、端子と出力回路(インバータ)4の電源電圧端子(M
OSFETQ3のソース端子)との間に電圧降下素子(
Q5.Q5.・・・)を設けて出力回路4の電源電圧を
内部論理回路の電源電圧よりも低くなるようにして出力
回路の高速化を図っているが、第4図のように内部論理
回路部2内の電源ラインと出力回路部3内の電源ライン
を別個に形成し、外部からそれぞれ別々の電源電圧Vd
dlとVdd2 (Vddl>Vdd2)を供給できる
ようにして出力回路の高速化を図るようにしてもよい。
、端子と出力回路(インバータ)4の電源電圧端子(M
OSFETQ3のソース端子)との間に電圧降下素子(
Q5.Q5.・・・)を設けて出力回路4の電源電圧を
内部論理回路の電源電圧よりも低くなるようにして出力
回路の高速化を図っているが、第4図のように内部論理
回路部2内の電源ラインと出力回路部3内の電源ライン
を別個に形成し、外部からそれぞれ別々の電源電圧Vd
dlとVdd2 (Vddl>Vdd2)を供給できる
ようにして出力回路の高速化を図るようにしてもよい。
内部論理回路と出力回路の電源ラインを別個にし、もし
くは内部論理回路の電源電圧端子と真の出力回路の電源
電圧端子との間に電圧降下手段を設けたので、出力回路
の電源電圧のみを低くすることができるという作用によ
り、出力信号の振幅が4\さくされ、特に出力信号の立
下がり時における遅延時間が短くなって出力回路が高速
化されるという効果がある。
くは内部論理回路の電源電圧端子と真の出力回路の電源
電圧端子との間に電圧降下手段を設けたので、出力回路
の電源電圧のみを低くすることができるという作用によ
り、出力信号の振幅が4\さくされ、特に出力信号の立
下がり時における遅延時間が短くなって出力回路が高速
化されるという効果がある。
しかも、この場合、出力回路の駆動能力を高める必要が
ないので、出力回路における信号の切換わりに伴なう電
流の変化を小さくすることができ、電源電圧へのノイズ
の発生を抑えて内部論理回路の誤動作を防止することが
できる。
ないので、出力回路における信号の切換わりに伴なう電
流の変化を小さくすることができ、電源電圧へのノイズ
の発生を抑えて内部論理回路の誤動作を防止することが
できる。
さらに、CMOSプロセスにおいて形成可能なMOSF
ETやバイポーラトランジスタ等の素子を、電圧降下手
段として使用した場合には、プロセスを変更することな
く、出力回路の電源電圧を下げて出力振幅を小さくし、
出力回路の高速化を図ることができる。
ETやバイポーラトランジスタ等の素子を、電圧降下手
段として使用した場合には、プロセスを変更することな
く、出力回路の電源電圧を下げて出力振幅を小さくし、
出力回路の高速化を図ることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
例えば、上記電圧降下手段として、MOSFETのよう
な電圧降下素子の代わりに、他の適当な電圧降下回路を
用いることもできる。
な電圧降下素子の代わりに、他の適当な電圧降下回路を
用いることもできる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるC ”MO8集積回
路の出力回路について説明したが、それに限定されるも
のではなくMO5集積回路一般の出力回路などにも適用
できる。
をその背景となった利用分野であるC ”MO8集積回
路の出力回路について説明したが、それに限定されるも
のではなくMO5集積回路一般の出力回路などにも適用
できる。
第1図はCMO8集積回路における一般的な出力信号の
変化を示す波形図、 第2@は本発明をCMO8集積回路に適用した・場合の
一実施例を示す回路図、 第3図は本発明を適用した場合の出力信号の量化を示す
波形図、 第4図は本発明の他の実施例を示す回路図である。 2・・・内部論理回路部、3・・・出力回路部、4・・
・出力口M(インバータ)、5・・・電源電圧端子、6
・・・出力端子、Q5・・・電圧降下素子。 第 1 図 (6v) 第 2 図 y′:arp
変化を示す波形図、 第2@は本発明をCMO8集積回路に適用した・場合の
一実施例を示す回路図、 第3図は本発明を適用した場合の出力信号の量化を示す
波形図、 第4図は本発明の他の実施例を示す回路図である。 2・・・内部論理回路部、3・・・出力回路部、4・・
・出力口M(インバータ)、5・・・電源電圧端子、6
・・・出力端子、Q5・・・電圧降下素子。 第 1 図 (6v) 第 2 図 y′:arp
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、内部論理回路と出力回路を備えた半導体集積回路に
おいて、少なくとも真の出力回路の電源電圧が内部論理
回路の電源電圧よりも低くなるようにされたことを特徴
とする半導体集積回路。 2、上記内部論理回路の電源電圧端子と真の出力回路の
電源電圧端子との間に電圧降下手段が設けられることに
より真の出力回路の電源電圧が低くなるようにされたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集積
回路。 3、上記電圧降下手段が、内部論理回路の電源電圧端子
と真の出力回路の電源電圧端子との間に直列接続された
一または二以上のダイオード接続された絶縁ゲート型電
界効果トランジスタであることを特徴とする特許請求の
範囲第2項記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164976A JPS6057724A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164976A JPS6057724A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6057724A true JPS6057724A (ja) | 1985-04-03 |
Family
ID=15803462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58164976A Pending JPS6057724A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6057724A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4808845A (en) * | 1985-12-02 | 1989-02-28 | Hitachi, Ltd. | High voltage pulse generating semiconductor circuit with improved driving arrangement |
| JPH01202024A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Fujitsu Ltd | 論理回路 |
| JPH04153761A (ja) * | 1990-10-17 | 1992-05-27 | Nec Corp | 出力バッファ |
-
1983
- 1983-09-09 JP JP58164976A patent/JPS6057724A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4808845A (en) * | 1985-12-02 | 1989-02-28 | Hitachi, Ltd. | High voltage pulse generating semiconductor circuit with improved driving arrangement |
| JPH01202024A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Fujitsu Ltd | 論理回路 |
| JPH04153761A (ja) * | 1990-10-17 | 1992-05-27 | Nec Corp | 出力バッファ |
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