JPH0227819B2 - - Google Patents

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JPH0227819B2
JPH0227819B2 JP54010271A JP1027179A JPH0227819B2 JP H0227819 B2 JPH0227819 B2 JP H0227819B2 JP 54010271 A JP54010271 A JP 54010271A JP 1027179 A JP1027179 A JP 1027179A JP H0227819 B2 JPH0227819 B2 JP H0227819B2
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JP54010271A
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Bii Jaretsuto Robaato
Deii Peisu Uiruson
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Motorola Solutions Inc
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Motorola Inc
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Publication date
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Publication of JPH0227819B2 publication Critical patent/JPH0227819B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
    • H03K5/2409Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using bipolar transistors
    • H03K5/2418Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using bipolar transistors with at least one differential stage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/018Coupling arrangements; Interface arrangements using bipolar transistors only
    • H03K19/01806Interface arrangements
    • H03K19/01818Interface arrangements for integrated injection logic (I2L)
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/60Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/65Integrated injection logic

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

子1,2 前記第2反転トランジスタ構造の前記コレクタ
領域に結合され、出力信号が集積論理(I2L)回
路を直接駆動するのに適合しているアナログ差動
信号に応答して、シングルエンデツド出力信号が
そこに与えられる少なくとも1つの出力端子3、
を具えるインタフエース回路を具備することを特
徴とする逆方向トランジスタを用いた差動−シン
グルエンデツド変換回路。
2 前記シングルエンデツド出力電流信号は、基
板内に配置されるI2L回路のスイツチングに適合
せしめられることを特徴とする前記特許請求の範
囲第1項記載の逆方向トランジスタを用いた差動
−シングルエンデツド変換回路。
【発明の詳細な説明】
本発明は、一般的に差動−シングルエンデツド
変換回路に関し、更に詳しくはインデグレーテツ
ド・インジエクシヨン・ロジツク(I2L)の手法
を用いる差動−シングルエンデツド変換回路に関
する。
パイポーラの差動入力比較回路は、集積回路の
分野で良く知られている。一般には、比較回路
は、第1の入力端に印加された電圧が第2の入力
端に印加された電圧より高いか低いかを表示する
機能を有している。差動入力電圧はエミツタ結合
されたトランジスタ対に結合し、このトランジス
タ対のコレクタは差動−シングルエンデツド変換
回路の差動ドライブ電流を供給する。
集積回路技術の発展に伴つて、1個のチツプ上
にアナログ及びデジタル機能を単一の集積回路と
して形成できるようになつた。インデグレーテツ
ド・インジエクシヨン・ロジツク(I2L)は、集
積度を増しチツプ面積を減ずるデジタル論理機能
として良く知られた先行技術である。バイポーラ
のアナログ回路をI2Lと組合せた回路も公知であ
る。しかしながな、先行技術の回路におけるリニ
ア部分は、一般には、通常のnpn、pnpトランジ
スタを用いて形成され、各トランジスタは、他の
トランジスタを形成するのに用いられるエピタキ
シヤル領域から逆バイアスされた接合によつて分
離されるものであつた。一般には、エピタキシヤ
ル領域内にハイ・ドープの分離用p型拡散を行つ
て分離用エピタキシヤル領域を形成することによ
り、電気的分離を達成するものである。従つて、
単一の集積積回路チツプ上にアナログ及びデジタ
ルの複合機能を有する先行技術の回路は、チツプ
のデジタル部分に第一義的にI2Lを使用するもの
であつた。チツプのアナログ部分にI2L構造を使
用することによりチツプ面積をかなり節約できる
ことは熟練した技術者ならば容易に理解できる。
更に、回路のアナログ部分とデジタル部分の境
界において、アナログ回路の出力がデジタル回路
への入力と適合することが望まれる。従つて、差
動−シングルエンデツド変換回路がI2Lゲートを
直接ドライブするのに適したマルチ・コレクタ出
力を発生するようにすることは先行技術をかなり
改良することになるが、熟練した技術者はこれを
理解しよう。
オフセツトがゼロの理想的な比較回路は、差動
入力がゼロ、即ち第1の入力電圧と第2の入力電
圧が等しいとき、シングルエンデツド出力をスイ
ツチしよう。任意のチツプ内の温度変化あるいは
一つのチツプから他のチツプにわたるプロセスの
変化が生じた場合でも、比較回路のオフセツトを
最小に保つことが望ましい。通常のnpn、pnpト
ランジスタはI2Lデバイスとは異つているので、
回路に温度変化又はプロセスの変化が生じたとき
は、通常のトランジスタのパラメータ変化はI2L
デバイスのパラメータ変化とは異つたものとな
る。従つて、I2L回路と直接のインターフエース
を有すると共に温度又はプロセスの変化にかかわ
らず小さなオフセツトを有する比較回路は、先行
技術を大いに改良するものであり、熟練技術者は
これを理解し得よう。
本発明の目的は集積回路の面積を減少させるた
めにI2Lデバイス構造を使用した差動−シングル
エンデツド変換器を提供することにある。
本発明の目的は、また、マルチ出力端を有する
差動−シングルエンデツド変換器を提供すること
にある。
I2L回路を直接ドライブするのに適した差動−
シングルエンデツド変換器を提供することも本発
明の目的である。
最後に、本発明の一つの目的は、I2L回路と両
立し且つ電圧比較回路として使用したときに比較
回路に関連したオフセツトを最少にする差動−シ
ングルエンデツド変換器を提供することにある。
手短かに表現すれば、本発明は、第1、第2の
コレクタを有する第1のトランジスタと、1ない
しそれ以上のコレクタを有する第2のトランジス
タとを備え、上記第1のトランジスタのエミツタ
と上記第2のトランジスタのエミツタが共通の半
導体領域を形成するように上記第1、第2のトラ
ンジスタが逆方向に(lnvert)(反転)されてい
るものである。第1のトランジスタの第1のコレ
クタは、第1のトランジスタのベースに接続され
てダイオードを形成する。第1のトランジスタの
第1、第2のコレクタは差動入力信号を受ける。
第1のトランジスタの第2のコレクタは、第2の
トランジスタのベースに接続されて第2のトラン
ジスタの導通状態と非導通状態を切替える。第2
のトランジスタの各コレクタは、I2Lゲートの入
力端を直接ドライブするのに適合せしめられる。
共通の半導体領域を供有する逆方向(反転)デバ
イス(inverted device)として第1、第2のト
ランジスタを製造することは、チツプ面積を有効
に逓減する。これに加えて、第1、第2のトラン
ジスタのデバイス特性のマツチング(matching)
は、関連した比較回路のオフセツトが、温度又は
回路プロセスの変化にかかわらず、最小に保たれ
ることを可能にする。
第1図は変換回路の回路図を図示するが、これ
は、端子1及び2において差動入力信号を受け、
端子3においてシングルエンデツド出力信号を発
生する。入力端子1はダイオード5のアノード及
びトランジスタ7のベースに結合する。ダイオー
ド5のカソード及びトランジスタ7のエミツタ
は、接地電位源に結合される。ダイオード5を流
れる電流がトランジスタ7のエミツタ電流と等し
い状態でダイオード5の順方向電圧がトランジス
タ7の順方向ベース−エミツタ電圧を等しくなる
ように、ダイオード5及びトランジスタ7はマツ
チ(match)している。入力端子2は、トランジ
スタ7のコレクタ及びトランジスタ9のベースに
結合される。トランジスタ9のエミツタは接地電
位源に結合する。トランジスタ9のコレクタは出
力端子3に結合する。
差動入力信号は、端子1に第1の入力電流を供
給し、端子2に第2の入力電流を供給する。第1
の入力電流はダイオード5を流れ、トランジスタ
7のベース端子に順バイアス電圧を生じる。トラ
ンジスタ7とダイオード5は互いにマツチしたデ
バイスであるから、トランジスタ7のコレクタ
は、ダイオード5を流れる電流と等しい値の電流
を流す。入力端子2に供給される第2の入力電流
が入力端子1に供給される第1の入力電流に等し
いならば、トランジスタ7のコレクタは入力端子
2に供給された電流の全てを流すことができる。
この結果、トランジスタ9に正バイアスするため
のベース電流がないので、トランジスタ9は非導
通となる。しかしながら、入力端子2に供給され
る入力電流が入力端子1に供給される入力電流を
上廻るならば、トランジスタ7のコレクタは入力
端子2に供給された全電流を流すことができな
い。この結果、余分となつた電流がトランジスタ
9のベースに流れこみ、トランジスタ9を導通さ
せる。これとは逆に、入力端子1に供給される入
力電流が入力端子2に供給される入力電流を上廻
るならば、トランジスタ7のコレクタは、順バイ
アスされたベース・エミツタ接合の要求を満す程
度に大きな値の電流を供給することできないの
で、トランジスタ7は飽和する。トランジスタ7
が飽和した状態では、トランジスタ9のベースに
は過剰な電流が何ら供給されず、トランジスタ9
は非導通となる。このようにして、入力端子2に
供給される電流とトランジスタ7が要求する電流
との差分に等しい制御電流がトランジスタ9のコ
レクタに発生する。この制御電流は、差分入力信
号に応答して、トランジスタ9の導通、非導通の
状態間の切替えを行う。
本発明の一実施例に従つて、第1図の回路がマ
ルチコレクタの逆方向トランジスタ構造で第2図
に図示されている。第1のトランジスタ11は、
第1のコレクタ13及び第2のコレクタ14を有
している。第2のトランジスタ16は、第1のコ
レクタ18、第2のコレタタ20及び第3のコレ
クタ21を有している。差動入力信号は、同様
に、入力端子1及び2に受信される。入力端子1
は、トランジスタ11のコレクタ13及びベース
に結合する。トランジスタ11のエミツタは、接
地電位源に結合する。このように、第1のコレク
タ13は、第1図のダイオード5に対応してトラ
ンジスタ11内にダイオードを形成するように接
続される。入力端子2は、トランジスタ11の第
2のコレクタ14及びトランジスタ16のベース
に結合する。第2コレクタ14は第1図のトラン
ジスタ7のコレクタに対応し、前述のように、ト
ランジスタ16を導通状態と非導通状態間に切替
えるように動作する。トランジスタ16のコレク
タ18は、出力端子3に結合する。従つて、トラ
ンジスタ16が非導通のとき、出力端子3は高イ
ンピーダンスとなる。出力端子24及び25は、
それぞれコレクタ20及び21に結合される。従
つて、トランジスタ16が非導通のとき、出力端
子24及び25もまた高インピーダンスとなる。
しかしながら、トランジスタ16が導通される
と、コレクタ18,20及び21は導通され、出
力端子3,24及び25は負荷電流(図示せず)
を吸込むのに使用される。
第1のトランジスタ11及び第2のトランジス
タ16をI2Lと両立する逆方向トランジスタとし
て製造することによつて、小寸法と比較的高い電
流利得とを有するマルチ・コレクタ・トランジス
タを容易に提供できる。本発明の一実施例により
構成された差動−シングルエンデツド変換回路の
上面図が第3図に図示されている。半導体領域3
0は、p型半導体基板上に形成されたn型のエピ
タキシヤル半導体層であるが、これは、第4図に
詳細に図示されている。半導体領域30内には、
各々第1及び第2のトランジスタのベース領域に
対応して、第1のp型半導体領域32及び第2の
p型半導体領域33が形成される。これらp型半
導体領域32及び33を囲んで、ハイ・ドープの
n型半導体領域35が半導体領域30内に形成さ
れる。I2Lの技術分野で良く知られているように、
半導体領域35はこのトランジスタの電流増幅率
即ち逆方向(inverse)電流増幅率を増加させる
と共に領域32、領域30及び領域33で形成さ
れるpnpトランジスタの寄生効果を消去すること
により、第2のトランジスタから第1のトランジ
スタを分離するように機能する。しかしながら、
エピタキシヤル領域30で形成された第1のトラ
ンジスタ及び第2のトランジスタのエミツタ領域
は、半導体領域35を介して電気的に結合する。
導体36は、半導体領域35へのオーミツク接触
を行い、エピタキシヤル領域30を接触電位にバ
イアスする。第1のトランジスタの第1、第2の
コレクタに各々対応して、p型半導体領域32内
にn型半導体領域37及び38が形成される。第
2のトランジスタの第1のコレクタに対応して、
n型半導体領域40がp型半導体領域33内に形
成される。マルチ出力信号を供給するには、p型
半導体領域33内に付加的なコレクタ領域を形成
すればよいことは当業者にとつて自明ある。図示
の便宜上、第4図の断面図に対応する第3図のト
ランジスタが離れて配置されている。しかしなが
ら、よりコンパクトな構造とするため、半導体領
域32及び33を近づけて形成できることは当業
者にとつて自明である。
第3図に示した構造は、第4図に詳細な断面図
で図示されている。回路はp型基板42内に形成
されるが、この基板中にはハイ・ドープのn型埋
込み層が形成されている。エピタキシヤル領域3
0は、一般的には、46で図示されるハイ・ドー
プp型拡散層により他のエピタキシヤル領域から
分離される。
再び第3図を参照すれば、第1の入力端子50
は導体51に結合し、この導体は第1のコレクタ
領域37にオーミツク接触を行うと共にベース接
触53においてベース領域32にオーミツク接触
を行う。第2の入力端子54は導体55に結合
し、この導体は第2のコレクタ領域38にオーミ
ツク接触を行うと共に接触57において第2のト
ランジスタのベース領域33にオーミツク接触を
行う。第2のトランジスタのコレクタ領域40
は、出力端子61に接続される導体60にオーミ
ツク接触を行う。このようにして、端子50及び
54は差動入力信号を受ける手段を提供し、出力
端子61はシングルエンデツド出力信号を提供す
る手段を与える。
導体51は、第1のトランジスタのベース領域
を第1のトランジスタの第1のコレクタ領域及び
入力端子50に結合するための手段である。導体
55は、第1のトランジスタの第2のコレタ領域
を第2のトランジスタのベース領域及び第2の入
力端子に結合するための手段である。
第4図から明らかなように、第1及び第2のト
ランジスタは、バーテイカルnpn構造であり、エ
ピタキシヤル領域30が第1及び第2のトランジ
スタの双方に対してエミツタとして機能するよう
な逆方向モード(inverted mode)で動作する。
単一の分離されたエピタキシヤル領域内にダイオ
ード5、トランジスタ7及びトランジスタ9(第
1図に図示)を形成することにより、先行技術の
変換回路に比べて所要面積がはるかに小さな差動
−シングルエンデツド変換回路が提出される。こ
れに加えて、回路の寸法を何ら増加させることな
くマルチ出力信号を容易に供給できる。
第2図の差動−シングルエンデツド変換回路
が、比較回路及びI2L回路に結合した状態で、第
5図のブロツク60に図示されている。エミツタ
結合トランジスタ65及び66のそれぞれのベー
スに結合した入力端子62及び63に差動入力電
圧が受信される。トランジスタ65及び66のエ
ミツタ端子は、このエミツタ結合トランジスタに
電流I1を供給する電流源70にノード68で結合
する。電流源70の第2の端子は、正電圧VCC
バイアスされた導体71に結合する。差動入力電
圧の変化に伴つて、トランジスタ65及び66の
コレクタによつて供給される電流が変化する。端
子62及び63に印加される電圧が等しいなら
ば、トランジスタ65及ば66の各々は電流源7
0により供給される電流の半分即ちI1/2を流
す。
トランジスタ65及び66のコレクタは、差動
−シングルエンデツド変換回路60の入力端子1
及び2の各々に結合する。第1図を参照して既に
説明したように、端子1及び2で受けた差動入力
信号に応じた制御電流が、トランジスタ11のコ
レクタ14に発生する。この制御電流の変化に応
じて、トランジスタ16は導通と非導通状態の間
を切替えられる。トランジスタ16のコレクタ1
8は、端子3を経てI2Lゲートの入力に結合する。
電流源75が、正バイアス供給導体71とI2Lト
ランジスタ76のベース間に接続される。トラン
ジスタ16が非導通のときは、電流源75から供
給された電流はトランジスタ76のベースに流れ
こんでトランジスタ76を導通させる。しかし、
トランジスタ16が導通すれば、電流源75から
供給された電流はコレクタ18に流れこんでトラ
ンジスタ76のベースから引出され、トランジス
タ76を非導通にする。I2L回路は、当該技術分
野で良く知られているので、これ以上の詳細は省
く。詳しい説明は、Hear、Slob及びWulmsによ
る“Bipolar LSITakes A New Direction
With Integrated Injection Logic”、
Electronics、Cctober3、1974を参照されたい。
比較回路のオフセツトがゼロとなるためには、
トランジスタ65により供給されるコレクタ電流
がトランジスタ66により供給されるコレクタ電
流に等しくなつたときに、トランジスタ16が導
通状態から非導通状態に切替わることが望まし
い。トランジスタ16のコレクタ18が電流源7
5により供給された電流I2の全量を流すために
は、ベース電流ibとトランジスタ16の逆方向電
流利得βIの積が電流I2に等しくなるように、十分
なベース電流ドライブがトランジスタ16に供給
されなければならない。トランジスタ11のコレ
クタ14に引きこまれる電流に対して入力端子2
から供給される電流の過剰分を表わす制御電流が
I2/βIに等しいときは、トランジスタ16は出力
を切替えよう。出力端子24及び25もI2Lゲー
トに接続されておけば、この制御電流はI2/βI
3倍でなければならない。
比較回路のオフセツトがゼロになるためには、
トランジスタ16は、端子62及び63に加わる
電圧が等しいとき、即ちトランジスタ65及び6
6のコレクタから供給される電流の各々がI1/2
のとき、切替わなければならない。コレクタ13
の電流をICとすれば、コレクタ14の電流もまた
ICである。従つて、トランジスタ11に供給され
るベース電流は2IC/βIである。トランジスタ1
1及び16の双方が第3図に図示するように、逆
方向トランジスタとして製作されるので、トラン
ジスタ11の電流利得βIはトランジスタ16のそ
れと同一である。従つて、トランジスタ65のコ
レクタによつて供給された電流I1/2は、コレク
タ13の電流ICとトランジスタ11に供給された
ベース電流2IC/βIの和に等しい。トランジスタ
66のコレクタによつて供給された電流I1/2
は、コレクタ14の電流ICとトランジスタ16に
供給されたベース電流との和に等しい。従つて、
トランジスタの切替えが行われる変化点のオフセ
ツトがゼロとなるためには、トランジスタ16へ
のベース電流がトランジスタ11に供給されたベ
ース電流即ち2IC/βIに等しいことが示されなけ
ればならない。トランジスタ16が単一のコレク
タを有する場合には、電流源75に2ICに等しい
電流I2を供給せしめることにより上記の条件が満
足される。ICは略々I1/2に等しいから、I2をI1
に等しくすることによつてゼロ・オフセツトの条
件が満たされる。I2Lと両立するプロセスにより
回路を製作し比較的大きな電流利得を得る場合に
は、ICとI1/2を等しいとする近似は妥当であ
る。トランジスタ16が複数個、n個、のコレク
タを有し、各コレクタがI2Lゲート電流I2を吸い
こむ場合には、I1はI2のn倍とされる。
温度及び回路プロセスの変動にかかわらず電流
比が一定であるような一定比率の電流I1及びI2
供給する手法は良く知られている。トランジスタ
11及び16の電流利得特性はマツチしているの
で、温度及び回路処理の変動にかかわらず、変化
点においてトランジスタ65のコレクタによりト
ランジスタ11のベースに供給されるベース電流
と、トランジスタ66のコレクタによりトランジ
スタ16のベースに供給されるベース電流とは実
質上常に等しい。このように、トランジスタ11
及びトランジスタ16の双方を逆方向デバイスと
して製作することにより、チツプ面積を逓減し且
つI2Lベースを直接ドライブするためのマルチ出
力端子を有する差動−シングルエンデツド変換回
路を提供すると共に、比較回路のオフセツト誤差
を最小にすることができる。
実施例を参照して本発明を説明したが、これら
は例示を目的としたものにすぎず、本発明の範囲
に限定するものではない。当業者であれば、本発
明の範囲と精神の範囲内で特許請求の範囲に記載
された種々の変形を容易になし得よう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、差動入力−シングルエンデツド出力
変換回路の回路図、第2図は、デユアル・コレク
タの第1のトランジスタ及びマルチ・コレクタの
第2のトランジスタを備えた本発明の一実施例の
回路図、第3図は第1、第2のトランジスタ及び
両者の接続を示す集積回路チツプの上面図、第4
図は第3図の上面図に対応する集積回路断面図、
第5図は比較回路と共に使用されI2L回路を直接
ドライブする差動−シングルエンデツド変換回路
の回路図。 1,2……各第1、第2の差動入力端子、3…
…シングルエンデツド出力端子、11……第1の
トランジスタ、13,14……各第1のトランジ
スタの第1、第2のコレクタ、16……第2のト
ランジスタ、18,20,21……各第2のトラ
ンジスタのマルチコレクタ端子、30……半導体
領域、32,33……各第1、第2のp型半導体
領域、35……ハイ・ドープのn型半導体領域、
37,38,40……n型半導体領域、46……
ハイ・ドープp型拡散層、65,66……エミツ
タ結合トランジスタ、70,75……電流源、7
6……I2Lトランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板及び基板上に配置したエピタキシヤル領
    域を有し、アナログ差動入力信号をシングルエン
    デツド出力電流信号に変換する集積回路上に配置
    されるインタフエース回路であつて、 エミツタ領域を、エピタキシヤル領域により形
    成させ、ベース領域を、エピタキシヤル領域内に
    配置させ、第2コレクタ領域を前記ベース領域内
    に配置させた第1反転トランジスタ構造11、 前記第1反転トランジスタ構造の前記ベース領
    域をその第1コレクタ領域に結合する第1接続回
    路、 エミツタ領域を、前記第1反転トランジスタ構
    造のエミツタ領域と共同してエピタキシヤル領域
    内に形成させ、ベース領域をエピタキシヤル領域
    内に配置させ、少なくとも1つのコレクタ領域
    を、前記第2反転トランジスタ構造の前記ベース
    領域内に配置させた第2反転トランジスタ構造1
    6、 前記第1反転トランジスタ構造の前記第2コレ
    クタ領域を前記第2反転トランジスタ構造の前記
    ベース領域に結合させる第2接続回路、 アナログ差動入力信号が供給される前記第1、
    第2接続回路に夫々結合される第1、第2入力端
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