JPS62183624A - Eclトランジスタ論理回路からfet論理回路を駆動するためのインターフェース回路 - Google Patents

Eclトランジスタ論理回路からfet論理回路を駆動するためのインターフェース回路

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JPS62183624A
JPS62183624A JP61297878A JP29787886A JPS62183624A JP S62183624 A JPS62183624 A JP S62183624A JP 61297878 A JP61297878 A JP 61297878A JP 29787886 A JP29787886 A JP 29787886A JP S62183624 A JPS62183624 A JP S62183624A
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    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
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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】 A、産業上の利用分野 本発明は、入力ECLトランジスタの論理レベルをFE
Tの論理レベルに変換する、電界効果トランジスタ(F
ET)回路に関するものである。
さらに具体的にいえば、本発明は、複線または単線EC
Lチップ選択信号をFET電圧レベルに変換し、単線E
CLアドレスとデータ入力信号を真数および補数FET
電圧レベルに変換してFET半導体メモリで使用できる
ようにするエンハンスメント形素子を含む、FETイン
ターフェース回路に関するものである。
また、このFET回路を、小さな信号レベルと、同期シ
ステムまたは非同期システム内のFET半導体論理素子
または記憶素子との間のインターフェースとして使える
ようにすることも意図されている。
B、従来技術 MO8製造法で製造される1−ランジスタ・メモリは、
MO5技術上の制約のために、記憶アクセスの際に遅延
を受ける。この技術につきものの遅延を減らすいくつか
の試みが成功している。FETメモリに対する通常のド
ライブは、0〜5ポル1−までスイングできるトランジ
スタ・トランジスタ論理TTLによって実施される。電
圧スイングが大きいと、FETメモリ・アレイをドライ
ブするリード線上の電流スイングdi/dtが大きくな
る。
FETメモリ・アレイの読取りおよび書込み動作速度が
速くなるにつれて、実際のメモリ内部アクセス時間は1
00ナノ秒以上から20ナノ秒未満に減ったのに、この
電流スイングのために、メモリ・チップをドライブする
のに使用する信号に対する外的制限が生まれてきた。増
大する記憶速度についていこうとして入力信号の速度を
上げると、大きなd i / d を電流の変化によっ
てより多くのノイズが生じ、またリード線にインダクタ
ンスが大きくなってメモリ・システムの全体的信頼性を
低下させる。
エミッタ結合型論理回路(ECL)は、TTLよりもず
っと大きなスイッチング速度で動作する。
エミッタ結合型論理では、論理レベル間での名目偏位が
、±0.5ボルト、もっと悪い状態でのピーク間合計電
圧偏位が0.6ボルトで、基準レベルの上下で信号に0
.1ボルトの余裕しかなく、FET回路の所要ドライブ
・レベルよりずっと小さい。本発明は、低レベル高速ス
イッチングECLffl圧レベルをFET回路に結合す
ることを目的とする。
上記の問題に対する一つの取組み方が、″エレクトロニ
クス(Electronics)”誌、1985年9月
9日号、P、94に記載されている。この論文には、C
MOS技術とバイポーラ技術の混合物であるBIMO8
を使って単一メモリ・チップを製造する、ECL−CM
OSインターフェースが記載されている。バイポーラ技
術とCMOS技術を統合した複合工程段階は、必然的に
複雑で費用がかかり、したがって望ましくない。
バイポーラ論理レベル−FET論理レベル・インターフ
ェース回路のもう一つの例が、“IBMテクニカル・プ
ルティン” 、vol・19・Nα8・ 1977年1
月、pp、、2953−2954に記載されている。こ
の回路は、入力ECLまたはTTL論理レベルを受は取
るクロック式回路をもたらす。この回路は、入力モード
上の論理信号を、FETアレイをドライブするのに適し
た高い電圧に結合するのに、3つのタイミング信号が必
要である。ECLレベルからのタイミング信号を必要と
するFET電圧レベルに変換する方法は示されていない
CMO8素子ノミを使ったECL−CMOSインターフ
ェース回路の例が、″第17回国際ソリッドステート装
置・材料会議拡大抄録(ExtentedAbstra
cts of 17th Conference on
 5olid 5tateDevices and M
aterials”、東京、1985年、pp53〜5
6に記載されている。このインターフェース回路は、標
準CMOSインバータをドライブするために、人力段を
使ってECL信号を調節可能な量だけシフトする。レベ
ル・シフトの量は、閾値シフトおよび電源シフトの変動
を補償するフィードバック制御回路によって供給される
この制御回路にはかなりの数の素子が含まKるが、それ
らはインターフェース回路内の素子と整合しなければな
らず、また直流電力を消費できる。1個の制御回路に複
数のインターフェース回路が必要なので、インターフェ
ース回路が制御回路から物理的に遠い位置になることが
あり、また通常のCMOSプロセスではチップ全体にわ
たる素子の不整合が大きくなることがあり得る。同様に
、チップ上の電源の分布のため、制御回路の供給電圧値
がインターフェース回路のそれと異なることがある。し
たがって、高速システムに典型的な非常に小さな信号(
100mV前後)をインターフェースするのは問題とな
る恐れがある。その上、インバータをドライブするのに
非常に小さなスイングしか利用できず、また差動ドライ
ブ手段が設けられていないため、インターフェース回路
中での遅延が、差動ドライブ回路で予想される遅延より
も大きくなる。最小値よりも大きな長さのチャネルを使
って、チップ全体の整合問題を緩和しようとすると、性
能がさらに低下することになる。
ニス・イー・シュスター(S、E、5chuster)
の1985年10月10日出願の「電界効果トランジス
タ・アレイ用ECL−FETインターフェース回路(E
CL To FET INTERFACE CIRCU
IT FORFIELDEFFIECT TRANSI
STORARRAYS)J と題する米国特許出頭S、
N、06/789884号には、バイポーラ論理回路の
出力信号をFET論理アレイに結合するインターフェー
ス回路が記載されている。
このインターフェースは、複線入力線上でチップ選択信
号とその補数を受は取る。入力FET トランジスタが
そのソースとゲートで複線入力端子に接続されているF
ET増幅器を含む小信号増幅器が、チップ・イネーブル
信号を高レベル刻時信号に変換する。FET動的センス
増幅器がFET論理レベルに変換すべきバイポーラ論理
レベルを受は取り、またバイポーラ・トランジスタ論理
回路から基準レベルを受は取る。動的センス増幅器が小
信号増幅器によって刻時されると、動的センス増幅器に
よって、入力バイポーラ論理レベルに対応する変数およ
び補数F E T論理レベルが供給される。
この小信号増幅器は、デプレッション形素子を含んでお
り、したがって追加のインブラント(注入)が必要であ
る。負のゲー1〜・ソース電圧が最小のとき、装置は閾
値となるへきであり、したがってデプレッション形イン
ブラン1−が必要である。
デプレッション形素子のデプレッション閾値電圧の変動
が、検出できる入力ECLレベルの最小振幅に直接反映
される。またこの回路はデプレッション形素子を含んで
いるので、その動作は複線式応用分野に限られる。
本発明は、エンハンスメント形素子の閾値よりもわずか
に大きな値だけECL入力レベルをシフトし、したがっ
て追加のインブラントが必要な手段を提供する。さらに
閾値電圧の変動に対する感受性がほぼ完全になくなる。
本発明はエンハンスメント形素子を使用し、したがって
複線動作ならびに単線動作によるメモリや論理回路と一
緒に使用できる。
C0発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、バイポーラECL論理回路と電界効果
トランジスタ回路の間の改良型のインターフェース回路
を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、素子の閾値およびコンダ
クタンスと電源電圧の変動とに対する感受性がほとんど
ない、ECL電圧レベルでドライブできるインターフェ
ース回路用のエンハンスメント形レベル・シフトおよび
エンハンスメント形逓倍器を含む、改良型の増幅器回路
を提供することである。
D6問題を解決するための手段 上記およびその他の目的は、本発明にもとづくインター
フェース回路によって実現される。このインターフェー
ス回路は、複線信号に応答してまたは単線クロックと基
準信号に応答して車端FET論理レベルをもたらすこと
のできる増幅器回路を含んでいる。
このインターフェース回路を使って、FETメモリのア
ドレス入力またはデータ入力とインタープエースするこ
とができる。このインターフェースは、ECL基準信号
および論理レベルを受は取るように接続された基準入力
および論理レベル入力を有する、少なくとも1個のセン
ス増幅器を含むことができる。このセンス増幅器は、非
刻時増幅回路で刻時されて、FET論理レベルとその補
数をもたらす。
本発明の実施例では、増幅器のレベル・シフト部分は、
共通のドレン・ゲートおよびソース人力ECLレベルに
接続されているソースを具備するエンハンスメント形入
力電界効果トランジスタと、抵抗とを備えている。
E、実施例 第1図には、FET  CMOSランダム・アクセス・
メモリの一般的なメモリ・アーキテクチャが示されてい
る。複線動作を含むメモリ・アーキテクチャが、説明の
ために示しである。本発明は。
また他のメモリ・アーキテクチャ及び論理回路と一緒に
用いることもでき、単線動作に用いることもできる。6
4にピッ1−のアレイ4は、FETトランジスタ・アレ
イからなり、このFETI〜ランジスタ・アレイをアド
レスして2進データを読み出したり、書き込んだりする
ことができる。ここに示したメモリは行および列でアド
レス可能である。
第1図の構造は、MO8半導体技術で完全に製造できる
が、バイポーラ・ドライブ回路構成とインターフェース
する能力をもつ。具体的にいえば、バイポーラECL信
号レベルが、第1図のメモリ構造と直接インターフェー
スされる。
ECL論理レベルと電界効果トランジスタFET論理レ
ベルとの間の有効インターフェースは、ECL/FET
インターフェース8およびFET/ECLインターフェ
ース11によって実施される。本発明の主題であるEC
L/FETインターフェース8は、すべてのECL論理
レベルをFET標準論理レベルに変換する。
ECL/FETインターフェースは、メモリの他の部分
と同じ基板上にあり、全体にMOSで製造された構造を
容易にする。
・オフチップECLドライブ信号を、ECL/FETイ
ンターフェース8が受は取る。これらのドライブ信号は
、通常メモリの制御用であり、書込み信号W1列アドレ
ス信号、行アドレス信号、データ入力DI信号がある。
通常のメモリ制御入力は、ピン25で受は取る。これら
の各入力は、ECL論理レベルを提供するための車端入
力である。
第1図の64ピッ1−・メモリはこの説明では、7行ア
ドレスと5列アドレスからなる4KX16として編成さ
れている。本発明は、このサイズのメモリや編成に限定
されるものではない。
メモリ制御用の車端標準ECL論理信号の他に、ここに
説明する実施例では、複線クロック信号C8とC8を、
ピン21aと21bで受は取る。このクロック信号は、
複線入力を経てECL/FETインターフェースに印加
される唯一の信号である。接地接続26と電源接続v+
24が、全チップに対して設けられる。
ピン23で第1図の回路が受は取るもう一つの信号は、
ECL論理から供給されるVREF信号である。ECL
論理状態は、VREFを基準にする。
すなわち、ECL/FETインターフェースは、第1図
のMO8構造をECLドライブ論理とインターフェース
するのに必要な追加の最大限2本のピンに対する、単一
の複線人力C8とC8、およびVREF入力を含んでい
る。この2本の追加ピンとそれに関連する信号により、
任意の数の車端論理入力をインターフェースして、真数
(T)および補数(C)出力論理レベルを生成すること
ができる。
別法として、C8信号のみを供給することもできる。こ
の場合、VREF入力が、標準TTLインターフェース
に対して必要な唯一の追加ピンである。第1図の残りの
部分は1行および列アドレス可能メモリの標準アーキテ
クチャを示す。64にビット・アレイ4は1行列アドレ
スでドライブされるワード・デコード9と列アドレスで
ドライブされるビット・デコーダ5を有する半導体メモ
リを含むものとして示しである。変換された、各E’C
L論理レベルは、インターフェース8によって入力デー
タ信号と一緒に印加される。すなわち、第1図のメモリ
は、FET論理レベルでドライブされる。
センス増幅器7と出力バッファ10は、64にビット・
アレイ4から記憶データを受は取り、それをF E T
/E CLインターフェース11に提供する。すなわち
アレイ4中にFET論理レベルとして記憶されたデータ
が、ECL論理レベルとして出力線16上に供給される
。したがって、第1図のメモリ全体が、ECL論理レベ
ルと入出力整合的になっている。
第2図には、第1図のECL/FETインターフェース
8の例が示されている。ECLインターフェース8は、
ピン21aと21b上で、複線チップイネーブル信号を
受は取る。複線チップ選択信号から、複数の動的センス
増幅器の22の入力部に現れる論理状態をクロック・イ
ンするためのクロック信号φがもたらされる。各動的セ
ンス増幅器22は、ECL論理レベルをその入力端を介
して受は取る。この論理レベルが、後でFET半導体論
理レベルに変換される。さらに、動的センス増幅器の基
準電圧を確定する。ECL論理回路構成からのVREF
信号が、各動的センス増幅器22に接続されている。第
2図に示す接続だけで、動的センス増幅器22を反復し
て、任意の数の車端ECL論理入力を真数および補数F
ET論理レベルに変換することができる。第2図に示す
ように、ECLIが車端入力としてピン25に印加され
、回路22は、完全CMOSレベルをもつ真数または補
数出力信号値を供給する。第2図のECL/FETイン
ターフェースを利用する回路ピン出力オーバーヘッドは
、ECLII合MO3合溝O3半導体ランダムス・メモ
リに必要な合計2本の追加ピンとして、VREF入力2
3用のピンとチップ・イネーブル信号の補数C8用の追
加ピンのみを含んでいる。
もう一つの方法(図示せず)は、それぞれ共通VREF
に対する車端入力を有する、複数の非刻時インターフェ
ース回路20を使用することである。これは、クロック
信号が利用できない場合の、良好な実施例となる。
次に第3図には、特許出願06/789884号に記載
されている、従来技術の逓倍回路が示されている。第3
図で示されるクロック回路20では、チップ選択信号C
8とその補数C8からクロック信号φを生成する。この
クロック信号φは各動的センス増幅器22(第2図)を
刻時するのに使用される。第1のNチャネル・デプレッ
ション形FET28は、そのゲート接続を介してCSレ
ベルを受は取り、そのソース接続を介してC8論理レベ
ルを受は取る。PチャネルFET27は、Nチャネル・
デプレッション形トランジスタ28用のロードとして働
く。
ECL/FETインターフェースの動的センス増幅器2
2のクロック入力をドライブする信号増幅器を実現する
ようにNチャネルFET29および31とPチャネルF
ET30および32が、接続されている。クロック回路
20の端子33は、各動的センス増幅器22に必要なり
ロック信号φを供給する。
第3図のインターフェース回路は、論理レベルC8をほ
ぼFET論理レベルに増大する。第4図には、C8論理
レベルとC8論理レベルを表す電圧レベルが示されてい
る。
第4図に示すように、この2つの信号レベルの電圧差が
、Nチャネル・デプレッション形FET28のゲートと
ソースの両端間に現われる。このFET28のチャネル
のデプレッション・インブラントは、閾値電圧がほぼv
cs−vcsoとなるよう選択される。ただし、vcs
は低ECL信号レベルであり、vcsは、高ECL信号
レベルである。名目ECLレベルは±0.5ボルトなの
で、これから約−1ボルトのデプレッション閾値が与え
られる。vcsが低レベルでvcsが高レベルの場合、
FET28のゲート・ソース電圧は1ボルトであり、こ
れは2ボルトのドライブ電圧(ゲート・ソース電圧マイ
ナス閾値電圧)をもたらす。
第2図の入力ECL電圧レベルは、電源の変動やノイズ
によって、基準電圧の周りで上下にシフトすることがあ
り、これらの最悪条件での入力ECL信号電圧は、基準
電圧レベルに対してFET装置の閾値変動よりも小さな
、0.1ボルトという小さな値になることがあることに
留意されたい。
この最悪の場合は、第3図の従来技術の回路では、C8
とC8の複線を導入し、これらのECL電圧レベルの差
をとることによって対処している。それは、振幅と基準
レベルとの差ではなくて、この2つのECL入力電圧レ
ベルの振幅の差だけが、重要なためである。しかし、第
3図のトランジスタ28は、デプレッション形装置なの
で、デプレッション・インブラントが必要であり、その
結果、デプレッション閾値電圧が変動すると検出可能な
最小振幅のECLレベルが左右される。
第5図では、ECL入カシカレベルンハンスメン1〜形
素子の閾値よりもわずかに大きな値だけシフトする手段
が設けられている。図のように、これは、抵抗素子44
と、共通ゲート・ドレンを有しそのソースが入力ECL
レベルに接続されているエンハンスメント形素子43と
からなる、閾値シフト段を使って実施される。P−チャ
ネル・抵抗素子44は、そのゲートが入力信号の補数に
よって変調される。この段の出方部であるノードaは、
閾値電圧よりもわずかに大きな値だけ上方にシフトされ
たE’CL信号であり、素子41のデプレッション・イ
ンブラントを使わずに、次の段をドライブできる。レベ
ル・シフトされた信号が、逓倍器段でn−チャネル・エ
ンハンスメント形素子41のゲートに印加され、補数E
CL信号が素子41のソースに印加される。ECL信号
は、逓倍器段のP−チャネル・抵抗素子42のゲートを
ドライブするのにも使われる。
第6図に示すように、レベル・シフタと逓倍器を組合せ
たドライブ段が追加されて、完全な出方電圧レベルをも
たらす。すなわち非常に小さな入力信号から完全なオン
チップ・スイングへの変換が、わずか3段で実施される
。各段の波形を第7図に示す。
レベル・シフトの体系から、また差動ドライブの構成か
ら、さらに素子数が少ないため、第5図および第6図に
示すインターフェース回路は、一般のCMOSプロセス
で最も重要な変動に対して秀れた自己補償を実現し、か
つ非常に小さな遅延しか生じない。上記のように、第5
図のノートa上のシフトされたECLレベルは、n−チ
ャネル・トランジスタ1と3に対して共通ゲー1へ電圧
を与える。一方、これらの装置のソースは、入力信号の
真数と補数によってドライブされる。したがって、CM
OSプロセスで一般に見られるn−チャネル閾値電圧ま
たは素子電流の大きなシフトが、この回路の動作に小さ
な影響しか与えない。P −チャネル・トランジスタ2
と4内でも、これらのトランジスタが共通ソースをなし
そのゲートが入力信号によって差動ドライブされるため
、同様の効果が見られる。したがって電源の変動および
n素子からp素子へのシフトに対する感受性がほぼなく
なる。これらの変動は信号の振幅に比べて大きくなるこ
とがあるので、このことは重要である。
この回路は、n素子とp素子の間のトラッキング誤差に
対する感受性が最も大きい。p−チャネル抵抗素子対が
、最小素子チャネル長よりも大きなチャネル長を有する
ように設計されている場合、遅延を余り増大させずに、
トラッキング誤差に対するその感受性を大幅に減らすこ
とができる。したがって、重要な素子は1対しかなく、
それらを互いに整合するように物理的に設計することが
でき、また互いに隣接して配置することができる。
したがって、トラッキング誤差に対する感受性は充分に
抑制され、一般のCMOSプロセスでは小さくなるはず
である。
第6図の回路を、その速度と技術許容差に対する感受性
にもとづいて評価かすることができる。
技術許容差には、n素子とP素子の間の閾値および電流
変動、n素子とp素子の間の閾値および電流シフ1−1
および電源レベルと接地レベルのシフトが含まれる。第
8図に示す、上記の技術許容差に対する受信器の遅延と
複線ECL信号の関係図から、この回路がこれらの典型
的な許容差に対して非常に大きなECL入力信号の場合
でも動作することかわかる。事実、この回路は、単線入
力レベルが(±50mVの複線ECL信号に対応する)
100mV以下と最悪の場合でも充分に動作する。
したがって、この回路は、第9図に示すように。
ECLを基準レベル(REF)で置き換えた、単線動作
モードでも動作できる。その場合、遅延がその分だけ増
大する。
F0発明の効果 以上、レベル・シフト素子と逓倍器エンハンスメント素
子とを有する増幅器回路を含む、改良型インターフェー
ス回路について説明した。この回路は、バイポーラEC
L回路やFETトランジスタ回路などの小さな信号レベ
ル間のインターフェースとして設計されている。このイ
ンターフェース回路は、メモリや論理装置に使用できる
。ここでは複線入力動作に関してn−チャネル入力装置
の場合で説明したが、本発明はすべての単線システムに
も使用でき、またチャネル入力装置を使用することもで
きる。
本発明をその良好な実施例に関して具体的に示本発明を
その良好な実施例に関して具体的に示し説明してきたが
、当業者には理解できるように本発明の精神と範囲を逸
脱することなく、その形状や細部に上記その他の変更を
加えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例の諸原理を説明するのに使う
、ECLドライブ・インターフェースを備えた半導体メ
モリの概略構成図。 第2図は、第1図のECLアドレス信号および入力信号
用のECL/FETインターフェースを示す構成図。 第3図は、デプレッション形装置を使った第2図のクロ
ック回路の複線人力ECL部分の従来技術の実施例の概
略図、 第4図は、複線ECL論理レベルC8およびFETイン
ターフェース回路に印加されるC8および複線ECL論
理レベル相互間の相違を示す図、第5図は、本発明の良
好な実施例にもとづく、エンハンスメント形装置を備え
たレベル・シフト回路および逓倍器を示す概略図、 第6図は、第5図のレベル・シフト回路と、完全出力レ
ベルをもたらすためのドライバ段を示す概略図。 第7図は、第6図の回路の各段の電圧波形図、第8図は
、受信器遅延と複線ECL信号の関係を示す波形図、 第9図は、単線モード動作用のインターフェース回路の
一実施例の概略図である。 3・・・・ECLトランジスタ・レベル信号が入力され
るエンハンスメント形素子、4・・・・抵抗素子。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 復代理人 弁理士  澤  1) 俊  夫嗅 ・\

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ECLトランジスタ論理回路からECL論理レベル信号
    を入力する第1の入力端子と、 上記ECLトランジスタ論理回路から他の信号を入力す
    る第2の入力端子と、 ゲートが上記第2の入力端子に接続された負荷FETと
    、ドレインおよびゲートの共通接続点が上記負荷FET
    に接続され、ソースが上記第1の入力端子に接続された
    エンハンスメントFETとからなり、上記ECL論理レ
    ベル信号をレベル・シフトするレベル・シフト手段と、 上記レベル・シフト手段でレベル・シフトされた信号を
    増幅してFET論理レベルに変換する増幅手段とを有す
    ることを特徴とする、ECLトランジスタ論理回路およ
    びFET論理回路の間のインターフェース回路。
JP61297878A 1986-02-03 1986-12-16 Eclトランジスタ論理回路からfet論理回路を駆動するためのインターフェース回路 Granted JPS62183624A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US825420 1986-02-03
US06/825,420 US4719372A (en) 1986-02-03 1986-02-03 Multiplying interface circuit for level shifting between FET and TTL levels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62183624A true JPS62183624A (ja) 1987-08-12
JPH052015B2 JPH052015B2 (ja) 1993-01-11

Family

ID=25243974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61297878A Granted JPS62183624A (ja) 1986-02-03 1986-12-16 Eclトランジスタ論理回路からfet論理回路を駆動するためのインターフェース回路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4719372A (ja)
EP (1) EP0235499B1 (ja)
JP (1) JPS62183624A (ja)
DE (1) DE3774453D1 (ja)

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JPH02290327A (ja) * 1988-04-29 1990-11-30 Tektronix Inc デジタル・インタフェース回路、デジタル入力回路及びデジタル変換回路

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