JPS626369B2 - - Google Patents
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- JPS626369B2 JPS626369B2 JP52155570A JP15557077A JPS626369B2 JP S626369 B2 JPS626369 B2 JP S626369B2 JP 52155570 A JP52155570 A JP 52155570A JP 15557077 A JP15557077 A JP 15557077A JP S626369 B2 JPS626369 B2 JP S626369B2
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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
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
- H03K19/09425—Multistate logic
- H03K19/09429—Multistate logic one of the states being the high impedance or floating state
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K19/082—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
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- H03K19/0944—Logic 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
- H03K19/09448—Logic 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 in combination with bipolar transistors [BIMOS]
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
- H03K5/02—Shaping pulses by amplifying
- H03K5/023—Shaping pulses by amplifying using field effect transistors
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(以下、MOS−FETと略す)を基本としてバイポ
ーラ・トランジスタをさらに組み合わせた、従来
より高速な半導体駆動回路に関するものである。
(以下、MOS−FETと略す)を基本としてバイポ
ーラ・トランジスタをさらに組み合わせた、従来
より高速な半導体駆動回路に関するものである。
従来、エンハンスメント形PチヤンネルMOS
−FETとエンハンスメント形NチヤンネルMOS
−FETを同一チツプに同時に集積したC−MOS
(Complementary−MOS)回路においては、第1
図に示すような駆動回路が用いられる。同図で、
1は入力端子、2は負荷容量3を伴なう出力端
子、4は電源端子、P1はPチヤンネルMOS−
FET、N1はNチヤンネルMOS−FET、VDDは
正電源電圧である。このP1,N1で構成される
C−MOS駆動回路の欠点は、負荷容量3が大き
く、これを高速で充電する場合にP1の寸法(例
えばチヤネル幅W)を大きくしなければならない
ことである。したがつて、この駆動回路の占有面
積が大きくなり、集積度の点で大きな損失とな
る。
−FETとエンハンスメント形NチヤンネルMOS
−FETを同一チツプに同時に集積したC−MOS
(Complementary−MOS)回路においては、第1
図に示すような駆動回路が用いられる。同図で、
1は入力端子、2は負荷容量3を伴なう出力端
子、4は電源端子、P1はPチヤンネルMOS−
FET、N1はNチヤンネルMOS−FET、VDDは
正電源電圧である。このP1,N1で構成される
C−MOS駆動回路の欠点は、負荷容量3が大き
く、これを高速で充電する場合にP1の寸法(例
えばチヤネル幅W)を大きくしなければならない
ことである。したがつて、この駆動回路の占有面
積が大きくなり、集積度の点で大きな損失とな
る。
そこで、本願発明者等は、特願昭52−1490号
(特開昭53−87187号)において、第2図に示す改
良された駆動回路を提供した。同図において、P
2はn形半導体基板に形成したp形高濃度不純物
層をドレイン、ソースとするPチヤンネルMOS
−FET、N2,N3は基板表面に設けたp形不
純物層のウエル内に形成したn形高濃度不純物層
をドレイン、ソースとするNチヤンネルMOS−
FET、B1は基板表面領域に設けたp形不純物
層をベースとし、該基板をコレクタとし、p形不
純物層ベース内に設けたn形高濃度不純物層をエ
ミツタとするプレーナ形バイポーラ・トランジス
タである。同図において特徴的なことは、上記バ
イポーラ・トランジスタを同一チツプ上に集積
し、第2図で示した結線で駆動回路を構成するこ
とにあり、入力端子1が接地電位にある時、N
2,N3は遮断され、P2は導通状態で電源端子
4からB1のベースに電流が流れてB1が導通状
態になるため、出力端子2は高電位となる。
(特開昭53−87187号)において、第2図に示す改
良された駆動回路を提供した。同図において、P
2はn形半導体基板に形成したp形高濃度不純物
層をドレイン、ソースとするPチヤンネルMOS
−FET、N2,N3は基板表面に設けたp形不
純物層のウエル内に形成したn形高濃度不純物層
をドレイン、ソースとするNチヤンネルMOS−
FET、B1は基板表面領域に設けたp形不純物
層をベースとし、該基板をコレクタとし、p形不
純物層ベース内に設けたn形高濃度不純物層をエ
ミツタとするプレーナ形バイポーラ・トランジス
タである。同図において特徴的なことは、上記バ
イポーラ・トランジスタを同一チツプ上に集積
し、第2図で示した結線で駆動回路を構成するこ
とにあり、入力端子1が接地電位にある時、N
2,N3は遮断され、P2は導通状態で電源端子
4からB1のベースに電流が流れてB1が導通状
態になるため、出力端子2は高電位となる。
又、入力端子1が高電位にある時、P2は遮断
されてB1も遮断され、N2が導通状態になるた
め、出力端子は接地電位となる。1が高電位から
接地電位に遷移する際には、4からB1を介して
大電流が流れ、大きな負荷3を高速に充電するこ
とができる。
されてB1も遮断され、N2が導通状態になるた
め、出力端子は接地電位となる。1が高電位から
接地電位に遷移する際には、4からB1を介して
大電流が流れ、大きな負荷3を高速に充電するこ
とができる。
なお、トランジスタP2はトランジスタB1の
ベースとコレクタで形成される接合容量を充電す
るに足る駆動能力を備えていればよい。結果とし
てP2の寸法は小さくなり、駆動回路の占有面積
が低減される。また、B1のエミツタとなるn形
の高濃度不純物層の拡散深さを、通常のNチヤン
ネルMOS−FETのソース、ドレインとなるn形
高濃度不純物層の拡散深さよりも深くして、バイ
ポーラ・トランジスタのベース幅を小さくするこ
とができる。この場合バイポーラ・トランジスタ
B1は、そのベース幅が小さく、hFEが大きくな
るため、本駆動回路の高速化にさらに大きく寄与
する。
ベースとコレクタで形成される接合容量を充電す
るに足る駆動能力を備えていればよい。結果とし
てP2の寸法は小さくなり、駆動回路の占有面積
が低減される。また、B1のエミツタとなるn形
の高濃度不純物層の拡散深さを、通常のNチヤン
ネルMOS−FETのソース、ドレインとなるn形
高濃度不純物層の拡散深さよりも深くして、バイ
ポーラ・トランジスタのベース幅を小さくするこ
とができる。この場合バイポーラ・トランジスタ
B1は、そのベース幅が小さく、hFEが大きくな
るため、本駆動回路の高速化にさらに大きく寄与
する。
NチヤンネルMOS−FETN3は入力端子1の
電位が接地電位から高電位への遷移時にバイポー
ラ・トランジスタB1のベースの電位を急激にN
3を介して接地電位に下げるためのものであり、
高速化、低消費電力化の点で有利になる。
電位が接地電位から高電位への遷移時にバイポー
ラ・トランジスタB1のベースの電位を急激にN
3を介して接地電位に下げるためのものであり、
高速化、低消費電力化の点で有利になる。
第3図は、第2図の駆動回路の変形例の回路結
線図である。P3なるPチヤンネルMOS−FET
は、入力端子1の電位が接地電位にある時、出力
端子2の電位を電源電圧VDDまで引き上げること
ができ、出力端子2に接続される次段の回路の動
作性能を向上させる。
線図である。P3なるPチヤンネルMOS−FET
は、入力端子1の電位が接地電位にある時、出力
端子2の電位を電源電圧VDDまで引き上げること
ができ、出力端子2に接続される次段の回路の動
作性能を向上させる。
以上の第2図、第3図に示す駆動回路によつ
て、占有面積が小さく高速性能を有する駆動回路
を提供できる。しかしながら、上記の駆動回路の
欠点は、出力バツフア回路等として用いる場合、
いわゆる論理“0”、“1”、“フロート”の三値を
とるトライ・ステート又はスリー・ステート
(three state)形として使用できないことであ
る。
て、占有面積が小さく高速性能を有する駆動回路
を提供できる。しかしながら、上記の駆動回路の
欠点は、出力バツフア回路等として用いる場合、
いわゆる論理“0”、“1”、“フロート”の三値を
とるトライ・ステート又はスリー・ステート
(three state)形として使用できないことであ
る。
すなわち、限定されたワード構成のICメモリ
を多数用いて、大容量化する場合、実装スペース
や価格の点で各ICメモリからの読出し情報のOR
をとる必要があるが、ただ出力端子を電線で接続
するだけでOR機能が実現できるいわゆるワイア
ドORが構成できるには、各メモリICのデータ出
力回路が、上記トライ・ステートと呼ばれる方式
で構成されなければならない。つまりチツプ・イ
ネーブル信号によつて選択されたICメモリ・チ
ツプだけがデータ・バスと接続、その他のものは
データ・バスと切り放され、フロート(Float)
もしくは高インピーダンス(High Impedance)
状態にならなければならない。
を多数用いて、大容量化する場合、実装スペース
や価格の点で各ICメモリからの読出し情報のOR
をとる必要があるが、ただ出力端子を電線で接続
するだけでOR機能が実現できるいわゆるワイア
ドORが構成できるには、各メモリICのデータ出
力回路が、上記トライ・ステートと呼ばれる方式
で構成されなければならない。つまりチツプ・イ
ネーブル信号によつて選択されたICメモリ・チ
ツプだけがデータ・バスと接続、その他のものは
データ・バスと切り放され、フロート(Float)
もしくは高インピーダンス(High Impedance)
状態にならなければならない。
この場合、出力端子(又は出力ピン)に大きな
負荷を伴なつても、高速で出力信号の確定するこ
とのできるトライステート形の駆動回路である必
要がある。このため一つの具体的な考えを第4図
に示す。第4図においてはトランジスタ8,9よ
り成る出力インバータ回路の前段に5,6のC−
MOSで構成した回路を設け、端子40へ印加さ
れるチツプ・イネーブル信号と入力信号とに
対するNOR回路を形成している。7はPチヤン
ネルMOSトランジスタ71、NチヤンネルMOS
トランジスタ72によつて構成されるC−MOS
インバータである。また、PチヤンネルMOSト
ランジスタ53,63は第2図の回路のトランジ
スタP2に、NチヤンネルMOSトランジスタ5
4,64は第2図の回路のトランジスタN3にそ
れぞれ対応するものである。これにより、が
Highレベル(“1”すなわち51,52,61,
62の各C−MOS回路のしきい値以上の正電
圧、例えば電源電圧VDDレベルの電圧)のとき
は、PチヤンネルMOSトランジスタ51,61
はオフ状態で、NチヤンネルMOSトランジスタ
52,62はオン状態であり、バイポーラ・トラ
ンジスタ8のベース81およびNチヤンネル
MOSトランジスタ9のゲート91は常に接地電
位に設定され、トランジスタ8,9は常にカツ
ト・オフ状態となつて出力端子2はフロートの状
態となる。また、がLowレベル(“0”すなわ
ち51,52,61,62の各C−MOS回路の
しきい値電圧より低電圧、例えば接地電位又は0
電圧)のときは、トランジスタ51,61はオン
状態であり、トランジスタ52,62はオフ状態
であり、回路は入力信号例えば端子1の信号に応
じた出力をする。すなわち、入力端子1の信号が
“0”(低レベル信号、すなわち53,54,6
3,64の各C−MOS回路のしきい電圧より低
電圧、例えば接地電位または0ボルト)の時出力
端子2には“1”信号(高レベルすなわち電源電
圧VDD)が現われる。又、入力端子信号が“1”
(高レベルすなわち53,54,63,64の各
C−MOS回路のしきい値以上の正電圧信号、例
えばVDDレベル)の時出力端子2には“0”(低
レベル、すなわち接地電圧または0電圧)の信号
が現われる。
負荷を伴なつても、高速で出力信号の確定するこ
とのできるトライステート形の駆動回路である必
要がある。このため一つの具体的な考えを第4図
に示す。第4図においてはトランジスタ8,9よ
り成る出力インバータ回路の前段に5,6のC−
MOSで構成した回路を設け、端子40へ印加さ
れるチツプ・イネーブル信号と入力信号とに
対するNOR回路を形成している。7はPチヤン
ネルMOSトランジスタ71、NチヤンネルMOS
トランジスタ72によつて構成されるC−MOS
インバータである。また、PチヤンネルMOSト
ランジスタ53,63は第2図の回路のトランジ
スタP2に、NチヤンネルMOSトランジスタ5
4,64は第2図の回路のトランジスタN3にそ
れぞれ対応するものである。これにより、が
Highレベル(“1”すなわち51,52,61,
62の各C−MOS回路のしきい値以上の正電
圧、例えば電源電圧VDDレベルの電圧)のとき
は、PチヤンネルMOSトランジスタ51,61
はオフ状態で、NチヤンネルMOSトランジスタ
52,62はオン状態であり、バイポーラ・トラ
ンジスタ8のベース81およびNチヤンネル
MOSトランジスタ9のゲート91は常に接地電
位に設定され、トランジスタ8,9は常にカツ
ト・オフ状態となつて出力端子2はフロートの状
態となる。また、がLowレベル(“0”すなわ
ち51,52,61,62の各C−MOS回路の
しきい値電圧より低電圧、例えば接地電位又は0
電圧)のときは、トランジスタ51,61はオン
状態であり、トランジスタ52,62はオフ状態
であり、回路は入力信号例えば端子1の信号に応
じた出力をする。すなわち、入力端子1の信号が
“0”(低レベル信号、すなわち53,54,6
3,64の各C−MOS回路のしきい電圧より低
電圧、例えば接地電位または0ボルト)の時出力
端子2には“1”信号(高レベルすなわち電源電
圧VDD)が現われる。又、入力端子信号が“1”
(高レベルすなわち53,54,63,64の各
C−MOS回路のしきい値以上の正電圧信号、例
えばVDDレベル)の時出力端子2には“0”(低
レベル、すなわち接地電圧または0電圧)の信号
が現われる。
以上の様にして、第4図の回路は高速動作を維
持しながら出力端子が三値をとり得るようにでき
る。しかも、この考え方によれば、バイポーラト
ランジスタ8、MOSトランジスタ9がともにオ
フされるフロート状態は、夫々の入力がともに接
地電位にあるときに実現される。従つて、仮に電
源電圧が何らかの理由で激減したとしても、出力
端子2からバイポーラトランジスタ8を通して電
源側に電荷が流出するというようなことはないか
ら、電源電圧変動にともない、出力データが破壊
されることはない。
持しながら出力端子が三値をとり得るようにでき
る。しかも、この考え方によれば、バイポーラト
ランジスタ8、MOSトランジスタ9がともにオ
フされるフロート状態は、夫々の入力がともに接
地電位にあるときに実現される。従つて、仮に電
源電圧が何らかの理由で激減したとしても、出力
端子2からバイポーラトランジスタ8を通して電
源側に電荷が流出するというようなことはないか
ら、電源電圧変動にともない、出力データが破壊
されることはない。
しかしながら、高速性の面で見ると、バイポー
ラトランジスタ8自体の性能で決まる限界があ
る。本発明はこれをさらに改善しようとするもの
で、その実施例を第5図に示す。
ラトランジスタ8自体の性能で決まる限界があ
る。本発明はこれをさらに改善しようとするもの
で、その実施例を第5図に示す。
第5図と第4図を対比して明らかなように、本
発明ではNチヤンネルMOSトランジスタ13を
バイポーラトランジスタ8に並列に接続したこと
を特徴とし、他の部分は第4図と同じである。
発明ではNチヤンネルMOSトランジスタ13を
バイポーラトランジスタ8に並列に接続したこと
を特徴とし、他の部分は第4図と同じである。
本発明による効果を第6図により説明する。第
6図は横軸に時間、縦軸に電圧をとつたグラフで
あり、100はバイポーラトランジスタ8の入力
電圧、400及び500は夫々第4図及び第5図
の出力端子2の電圧波形である。入力電圧が波形
100のように0から5Vに変化したとき、第4
図の回路では、出力端子2に、波形400で示す
ように時間tDだけ遅れて出力電圧が立上る。こ
れは従来公知のものと較べればバイポーラトラン
ジスタ8による効果だけは早くなつているが、バ
イポーラトランジスタ自体の性能の限界から無視
できないものである。このバイポーラトランジス
タ8を通常のCMOSプロセスで作るものとする
と、遮断周波数fTはほぼ50〜60MHzとなり、そ
の場合、時間tDは5ns程度になるケースがあ
る。
6図は横軸に時間、縦軸に電圧をとつたグラフで
あり、100はバイポーラトランジスタ8の入力
電圧、400及び500は夫々第4図及び第5図
の出力端子2の電圧波形である。入力電圧が波形
100のように0から5Vに変化したとき、第4
図の回路では、出力端子2に、波形400で示す
ように時間tDだけ遅れて出力電圧が立上る。こ
れは従来公知のものと較べればバイポーラトラン
ジスタ8による効果だけは早くなつているが、バ
イポーラトランジスタ自体の性能の限界から無視
できないものである。このバイポーラトランジス
タ8を通常のCMOSプロセスで作るものとする
と、遮断周波数fTはほぼ50〜60MHzとなり、そ
の場合、時間tDは5ns程度になるケースがあ
る。
これに対し、本発明では、NチヤンネルMOS
トランジスタ13が入力電圧波形100にほとん
ど遅れ時間なく追従し、負荷に充電を開始する。
もつとも、このNチヤンネルMOSトランジスタ
による充電々流は時間tD後のバイポーラトラン
ジスタ8による電流と比較すれば、それ程大きく
はないが、バイポーラトランジスタの遅れ時間内
に負荷に充電を開始し出力電圧を1V以上に引上
げるものであり、且遅れ時間が経過すれば、バイ
ポーラトランジスタの大電流で負荷を高速に充電
する。結果として波形500に示すように、遅れ
時間tDなしで高速の立上り時間を持つ出力電圧
波形が得られ、動作の高速化が計れる。
トランジスタ13が入力電圧波形100にほとん
ど遅れ時間なく追従し、負荷に充電を開始する。
もつとも、このNチヤンネルMOSトランジスタ
による充電々流は時間tD後のバイポーラトラン
ジスタ8による電流と比較すれば、それ程大きく
はないが、バイポーラトランジスタの遅れ時間内
に負荷に充電を開始し出力電圧を1V以上に引上
げるものであり、且遅れ時間が経過すれば、バイ
ポーラトランジスタの大電流で負荷を高速に充電
する。結果として波形500に示すように、遅れ
時間tDなしで高速の立上り時間を持つ出力電圧
波形が得られ、動作の高速化が計れる。
なお、以上において、正電圧電源を用いて、P
チヤンネルMOS−FETを負荷、Nチヤンネル
MOS−FETをドライバとしてC−MOS回路を用
いた。しかし、負電圧電源を用いて、負荷として
NチヤンネルMOS−FET、ドライバとしてPチ
ヤンネルMOS−FETを用いたC−MOS回路で本
発明を構成しても良い。(すなわち第4、第5図
のNチヤンネルMOS−FETをPチヤンネルに、
PチヤンネルMOS−FETをNチヤンネルに変え
る)この場合、トランジスタ8としてPNPバイポ
ーラ・トランジスタを使用し、信号の極性も逆に
して用いれば良い。
チヤンネルMOS−FETを負荷、Nチヤンネル
MOS−FETをドライバとしてC−MOS回路を用
いた。しかし、負電圧電源を用いて、負荷として
NチヤンネルMOS−FET、ドライバとしてPチ
ヤンネルMOS−FETを用いたC−MOS回路で本
発明を構成しても良い。(すなわち第4、第5図
のNチヤンネルMOS−FETをPチヤンネルに、
PチヤンネルMOS−FETをNチヤンネルに変え
る)この場合、トランジスタ8としてPNPバイポ
ーラ・トランジスタを使用し、信号の極性も逆に
して用いれば良い。
第1図、第2図、第3図は従来のC−MOS駆
動回路を示す図、第4図は本発明の基本となる駆
動回路例を示す図、第5図、第6図は本発明の駆
動回路の実施例、効果を説明するための波形を示
す図である。 51,53,61,63,71……エンハンス
メント形PチヤンネルMOS−FET、9,52,
54,62,64,72……エンハンスメント形
NチヤンネルMOS−FET、8……NPNバイポー
ラ・トランジスタ。
動回路を示す図、第4図は本発明の基本となる駆
動回路例を示す図、第5図、第6図は本発明の駆
動回路の実施例、効果を説明するための波形を示
す図である。 51,53,61,63,71……エンハンス
メント形PチヤンネルMOS−FET、9,52,
54,62,64,72……エンハンスメント形
NチヤンネルMOS−FET、8……NPNバイポー
ラ・トランジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 負荷としてバイポーラトランジスタ、ドライ
バとして第1のMOS−FETを用い、前記バイポ
ーラトランジスタに並列に第2のMOS−FETを
接続してなる出力インバータ回路と、該バイポー
ラトランジスタの入力端子に入力信号を伝達する
第1のC−MOS回路と、該第1のC−MOS回路
より少なくとも第1のインバータ回路を多く含
み、もつて該第1のC−MOS回路とは反転した
状態で前記第1のMOS−FETの入力端子に前記
入力信号を伝達する第2のC−MOS回路とを有
し、かつ前記第1、第2のC−MOS回路は共通
の外部選択信号のレベルに応じて該バイポーラト
ランジスタ、及び該第1のMOS−FETがともに
カツトオフされる如くその出力がそれぞれ固定さ
れるものであるトライ・ステート形駆動回路。 2 上記第1の論理回路と上記バイポーラトラン
ジスタの入力端子の間、および上記第2の論理回
路と上記第1のMOS−FETの入力端子の間に
は、それぞれ、第2、第3のC−MOSインバー
タが挿入されてなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のトライ・ステート形駆動回路。 3 上記バイポーラトランジスタの入力端子はベ
ース端子であり、上記第1のMOS−FETの入力
端子はゲート端子であり、上記バイポーラトラン
ジスタのコレクタは電源に接続され、上記第1の
MOS−FETのソースは接地され、上記バイポー
ラトランジスタのエミツタと上記第1のMOS−
FETのドレインとを接続してなることを特徴と
する特許請求の範囲第1項、または第2項記載の
トライ・ステート形駆動回路。 4 上記第2のMOS−FETは、上記バイポーラ
トランジスタのコレクタ、ベースおよびエミツタ
に、それぞれドレイン、ゲートおよびソースが接
続されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
1項、第2項、または第3項記載のトライ・ステ
ート形駆動回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15557077A JPS5490941A (en) | 1977-12-26 | 1977-12-26 | Driving circuit of tristate type |
US05/969,269 US4280065A (en) | 1977-12-26 | 1978-12-14 | Tri-state type driver circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15557077A JPS5490941A (en) | 1977-12-26 | 1977-12-26 | Driving circuit of tristate type |
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