JPH05206835A - 差動型高速低パワーecl−cmos変換器 - Google Patents

差動型高速低パワーecl−cmos変換器

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JPH05206835A
JPH05206835A JP4205108A JP20510892A JPH05206835A JP H05206835 A JPH05206835 A JP H05206835A JP 4205108 A JP4205108 A JP 4205108A JP 20510892 A JP20510892 A JP 20510892A JP H05206835 A JPH05206835 A JP H05206835A
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JP
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transistor
cmos
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ecl
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JP4205108A
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Bal Sandhu
サンデュ バル
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • 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
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements
    • H03K19/018521Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 電源、動作温度及び処理変動などにおける変
化に対して影響を受けることのない改良型の高速低パワ
ーECL−CMOS変換器を提供する。 【構成】 差動ECLレベル入力信号を中間CMOSレ
ベル信号へ変換する変換器段102と、中間CMOSレ
ベル信号を完全なCMOSレベル出力信号へ変換する利
得段106と、102変換器段へ接続されており変換器
段の性能に影響を与える場合のある処理変動を補償する
温度独立基準回路110とを有している。また差動入力
を一方のECLレベルから他方のものへスイッチングさ
せる場合に、第一及び第二スイッチング手段の両方がオ
フであるクロスオーバー点に到達するように前記差動E
CLレベル入力信号のそれぞれのものに応答する第一及
び第二スイッチング手段を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エミッタ結合論理(E
CL)−相補的金属酸化物半導体(CMOS)変換器に
関するものであって、更に詳細には、電源、動作温度及
び処理変動などにおける変化に対して影響を受けること
のない改良型の高速低パワーECL−CMOS変換器に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ技術とCMOS技術の両方の
利点を単一の半導体集積回路(IC)上に結合させたB
iCMOS技術の導入と共に、ECL−CMOS変換器
は、ECL論理レベルからの信号をCMOS論理レベル
へ変換することが必要となった。
【0003】図1は、従来のECL−CMOS変換器1
0のブロック図を示している。ECL−CMOS変換器
10は、Vss(接地)へ結合された第一ノード(1)
と、ECL回路12からのECL入力信号[Din]を
受取るべく結合された第二ノード(2)と、ECL回路
12からの相補的ECL入力信号Dinを受取るべく結
合された第三ノード(3)と、CMOS回路14へCM
OS出力信号[Dout]を供給すべく結合された第四
ノード(4)と、CMOS回路14へ相補的CMOS出
力信号Doutを供給すべく結合された第五ノード
(5)とを有している。
【0004】動作期間中、ECL−CMOS変換器10
は、ノード(2)及び(3)において受取られる相補的
ECL入力信号をノード(4)及び(5)において供給
される相補的CMOS出力信号へそれぞれ変換させる。
【0005】ECL回路は、典型的には、5V電圧差の
間で動作し、且つ上側電圧よりも0.7V電圧と下側電
圧よりも2.0V高い電圧との範囲内の論理的スイング
(振れ)を有している。例えば、電圧差が−5.0V
(Vee)の低電圧と0.0Vの高電圧との間に設定さ
れる場合には、−0.7V乃至0.0Vの範囲内の電圧
を有する信号は論理高(「1」)であり、且つ−3.0
V乃至−5.0Vの範囲内の電圧を有する信号は論理低
(「0」)である。
【0006】CMOS回路は、典型的に、5V電圧差の
間で動作し、且つ上側電圧よりも1.5V低い電圧から
下側電圧よりも1.5V高い電圧の間の2V論理スイン
グを有している。例えば、電圧差が0.0Vの低電圧と
5.0Vの高電圧との間に設定される場合には、3.5
乃至5.0Vの範囲内の電圧を有する信号は論理高
(「1」)であり、且つ0.0乃至1.5Vの範囲内の
電圧を有する信号は論理低(「0」)である。
【0007】図2は、図1のブロック図と一貫性を有す
るECL−CMOS20変換器の従来技術の回路具体例
を示している。一般的に、回路20は、第一段レベルシ
フタ22と、第二段レベルシフタ24と、電流利得段2
6と、基本的CMOSインバータ28とを有している。
【0008】第一段レベルシフタ22は、ノード(2)
におけるECLレベル信号[Din]を、入力トランジ
スタM1,M2,M3の動作を介して、ノード(6)に
おいて中間CMOSレベル信号へ変換する。入力信号D
inが高から低へスイッチすると、トランジスタM3の
ゲートへ印加される電圧は減少され、その際にトランジ
スタM3の導通度を減少させる。その結果、ノード
(7)における電圧がプルダウンされる。トランジスタ
M5はコンデンサの如き動作を行ない、ノード(7)に
おいて電荷を格納する。入力信号Dinが高から低へス
イッチすると、トランジスタM5のゲートにおける電荷
が減少され、その際にトランジスタM5のゲートにおけ
る電圧を低下させる。従って、トランジスタM3及びM
5は互いに相補的に動作しノード(7)をプルダウンさ
せる。トランジスタM6はトランジスタM4のゲートへ
結合されたノード(8)において抵抗として動作する。
ノード(8)における抵抗値は、トランジスタM4の導
通度を制御する傾向となり、その際にノード(7)がど
れだけプルダウンされるかを制御する。
【0009】逆に、入力信号[Din]が低状態から高
状態へスイッチすると、より高い電圧が入力トランジス
タM1のゲートへ印加される。その結果、トランジスタ
M1は強くターンオンされる。トランジスタM1のこの
より強い導通度はノード(6)をプルアップする傾向と
なる。ノード(7)が同時的にプルダウンされるので、
トランジスタM2のゲートにおける電圧は減少される。
その結果、トランジスタM2はトランジスタM1がノー
ド(6)を中間CMOS信号レベルへプルアップさせる
上で援助する。
【0010】利得段26は、ノード(6)及び(9)に
おける中間CMOSレベル電圧を完全なCMOS論理レ
ベルへ変換する。ノード(6)が第一中間CMOS電圧
へプルアップされると、増加された電圧がNチャンネル
トランジスタM11のゲートへ印加され、該トランジス
タのドレインはPチャンネルトランジスタM9のゲート
へ結合されている。その結果、トランジスタM1は強く
ターンオンされ、その際にノード(10)をVssへプ
ルダウンさせる。ノード(10)がプルダウンされる
と、PチャンネルトランジスタM10が強くターンオン
される。ノード(6)がトランジスタM8のゲートへ結
合されており、且つノード(6)が中間CMOSレベル
へプルアップされると、ノード(9)における電圧はV
ssへ向けて下降する。トランジスタM10及びM12
は互いに共同して、ノード(4)における出力信号[D
out]をその完全なCMOS論理レベルへ向けてプル
アップさせる。
【0011】CMOSインバータ28はノード(4)に
おける完全なCMOS論理レベル信号を受取り且つそれ
をノード(5)において反転させて相補的信号Dout
を供給し、従ってECL−CMOS変換を完了する。
【0012】一方、ECL入力信号[Din]及びDi
nが高状態から低状態及び低状態から高状態へそれぞれ
スイッチする場合には、トランジスタM1乃至M14が
互いに相補的な態様で動作する。その結果、信号[Do
ut]がプルダウンされ且つ信号Doutがプルアップ
される。
【0013】上述した従来技術のECL−CMOS変換
器20は多数の欠点を有している。第一に、DC動作期
間中、中間電圧は常にトランジスタM1−M12のゲー
トへ印加される。その結果、トランジスタM1−M12
は常にオンであり、電流を導通し且つパワーを散逸させ
る。ECL−CMOS変換器20の非スイッチング動作
期間中、出力状態に依存して、約5−10mAの電流が
散逸される。
【0014】ECL−CMOS変換器20のACスイッ
チング動作期間中に別の問題が発生する。スイッチング
動作期間中、全てのトランジスタM1−M14は一方の
状態から別の状態への遷移状態にある。従って、トラン
ジスタM1−M14の各々が、非スイッチング状態にあ
る場合よりも、より多くの電流を消費する。スイッチン
グ期間中に、ECL−CMOS変換器20は約21mA
の電流を散逸させる。ECL−CMOS変換器20の更
に別の問題は、その14個のトランジスタM1−M14
が、スイッチング動作を完了するのにある時間を必要と
することであり、そのために多数のBiCMOS製品の
適用において動作速度を遅いものとさせている。
【0015】最後に、14個のトランジスタが存在して
いるので、ECL−CMOS回路20は、最近の高密度
のBiCMOS製品にとって実用的なものではない。例
えば、1メグBiCMOS SRAMにおいて、少なく
とも20個のECL−CMOSトランジスタが存在して
おり、それらは最悪の場合、入力に関する場合のみにお
いても10mA×20=200mAのDCパワーを消費
する。更に、それは空間及びレイアウトの問題を発生
し、且つ製品の歩留りを低下させ、それらのこと全ては
この様な装置を経済的に製造することを実現不可能なも
のとしている。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、改良した差動
型高速低パワーECL−CMOS変換器回路を提供して
いる。本変換器回路は、差動ECLレベル入力信号を中
間CMOSレベル信号へ変換する変換器段を有してい
る。本変換器回路は、更に、中間CMOSレベル信号を
完全なCMOSレベル出力へ変換する利得段を有してい
る。更に、本変換器回路は、変換器段へ接続されており
そうでない場合には変換器段の性能に影響を与える場合
のある処理変動を補償する温度独立基準回路を有してい
る。オプションとして、付加的な負荷を駆動するために
完全なCMOS出力を受取るバッファを付加することが
可能である。
【0017】
【実施例】図3はECL−CMOS変換器回路100の
ブロック図を示している。以下に詳細に説明する如く、
このECL−CMOS変換器回路100は、ECL回路
104から受取った差動的乃至は差分的ECLレベル入
力信号Din及び[Din]を中間CMOSレベル信号
Dint及び[Dint]へ変換する変換器段102を
有している。次いで、利得段106が、この中間CMO
Sレベル信号Dint及び[Dint]を完全なCMO
Sレベル信号Dout及び[Dout]へ変換し、該完
全なCMOSレベル信号はCMOS回路108により使
用される。変換器段102へ接続されている温度独立基
準回路110は、そうでない場合には変換器段102を
有する要素に影響を与える場合のある何らかの処理変動
を補償する。
【0018】図4はECL−CMOS変換器100の回
路実施例を示している。図4の実施例において、ECL
−CMOS変換器100の変換器段102は、2個のP
チャンネルトランジスタMP1及びMP2を有してい
る。トランジスタMP1は、そのソースを入力ノードA
へ接続しており、そのドレインをノードBへ接続してお
り、且つそのゲートをECLレベル入力信号[Din]
を受取るべくノードCへ接続している。トランジスタM
P2は、そのソースをノードCへ接続しており、そのド
レインをノードDへ接続しており、且つそのゲートを相
補的ECLレベル入力信号Dinを受取るべくノードA
へ接続している。
【0019】基準回路110は、Nチャンネルバイアス
トランジスタMN1及びMN2を有すると共に、Pチャ
ンネルトランジスタMP3とNチャンネルトランジスタ
MN3から構成される電流分割器を有している。より詳
細に説明すると、トランジスタMN1は、そのドレイン
をノードBへ接続しており(即ち、トランジスタMP1
のドレインへ接続)、そのソースを下側レール(即ち、
下側供給電圧)へ接続しており、且つそのゲートをノー
ドEへ接続している。トランジスタMN2は、そのドレ
インをノードDへ接続しており(即ち、トランジスタM
P2のドレインへ接続)、そのソースを下側レール(即
ち、下側供給電圧)へ接続しており、且つそのゲートを
ノードEへ接続している。
【0020】ノードEは、電流分割器トランジスタMN
3とMP3との間の接続点として作用する。トランジス
タMN3は、そのドレインとそのゲートの両方をノード
Eへ接続しており、そのソースを下側レール、即ち下側
供給電圧へ接続している。トランジスタMP3は、その
ソースは正供給電圧へ接続しており、そのドレインをノ
ードEへ接続しており、且つそのゲートを下側レール、
即ち下側供給電圧へ接続している。
【0021】利得段106は2個のNチャンネル利得段
入力トランジスタMN4及びMN5と、Pチャンネルト
ランジスタMP4及びMP5からなる電流ミラーと、電
流源トランジスタMN6とを有している。トランジスタ
MN4は、そのソースをノードFへ接続しており、その
ドレインをノードHへ接続しており、そのゲートを変換
器段102からの中間CMOSレベル信号Dintを受
取るべくノードBへ接続している。トランジスタMN5
は、そのソースをノードFへ接続しており、そのドレイ
ンをノードGへ接続しており、且つそのゲートを変換器
段102からの相補的CMOSレベル信号[Dint]
を受取るべくノードDへ接続している。トランジスタM
P4は、そのソースを正供給電圧へ接続しており、その
ドレインをノードHへ接続しており、そのゲートをノー
ドGへ接続している。トランジスタMP5は、そのソー
スを正供給電圧へ接続しており且つそのドレインとゲー
トとの両方をノードGへ接続している。トランジスタM
N6は、そのドレインをノードFへ接続しており、その
ソースを下側レール即ち下側供給電圧へ接続しており、
且つそのゲートを正供給電圧へ接続している。
【0022】図4は、更に、付加的な負荷を駆動するた
めに出力に付加することの可能なオプションとしてのバ
ッファ112を示している。
【0023】図4の回路100の動作を説明する第一の
例においては、ノードA及びCにおいて受取られる差動
ECL入力信号が、(−Φe)、即ち論理「1」、及び
(−Φe−1700mV)、即ち論理「0」、又はDi
n=4.33V及び[Din]=2.63Vのそれぞれ
のCMOS値へスイング即ち振れるものと仮定する。入
力トランジスタMP1及びMP2は、基準Vee=−
5.2で動作し、且つΦe=−0.9Vである。
【0024】この例においては、トランジスタMP1が
Vgs=−1.7Vを有している場合、Vtは典型的に
−1.0VでありトランジスタMP1はオンである。ト
ランジスタMP2のVgsが+1.7Vに等しいと、ト
ランジスタMP2はオフである。従って、トランジスタ
MP1はオンであり、ノードBのプルアップを開始す
る。トランジスタMP2がオフであると、ノード(D)
はトランジスタMN2によりプルダウンされる。
【0025】ノードBが高状態であり且つノードDが低
状態であるので、トランジスタMN4がターンオンし且
つトランジスタMN5がターンオフする。トランジスタ
MN5がオフであると、トランジスタMP5がノードG
を供給電圧Vcc−Vtpへ充電し且つトランジスタM
P4を遮断状態とさせる。ノードBが充電されると、ト
ランジスタMN4は更にターンオンし、出力ノードHを
完全なCMOSのVss(接地)レベルへプルダウンさ
せる。
【0026】次いで、基準回路110の動作について説
明すると、トランジスタMP3及びMN3が常にオン状
態である電流分割器を形成する。基準トランジスタMP
3及びMN3は、回路100の残部において、Pチャン
ネル及びNチャンネル装置のそれぞれのVtを追従す
る。従って、回路100のPチャンネルトランジスタが
処理変動に起因して一層強いものとなると、トランジス
タMP3がトランジスタMN1及びMN2を一層強くバ
イアスさせる。逆に、回路100のNチャンネルトラン
ジスタが処理変動に起因して一層強くなると、ダイオー
ド接続型トランジスタMN3がノードEをプルダウン
し、それはトランジスタMN1及びMN2のゲートへ接
続されている。
【0027】従って、基準電流分割器回路110は、変
換器段102のトリップ点を一定レベルに維持すること
により、Pチャンネル及びNチャンネルの処理変動を補
償する。更に、それは電流分割器により供給されるの
で、トランジスタMN1及びMN2のバイアス電圧は温
度により実質的に変化することはない。
【0028】ECLレベル入力信号Din及び[Di
n]の極性が復帰されると、トランジスタMP1のVg
s=1.7Vとなり且つトランジスタMP1はオフ状態
となる。逆に、トランジスタMP2のVgs=−1.7
Vとなり、且つトランジスタMP2はオンとなる。
【0029】しかしながら、入力Din及び[Din]
が一方のレベルから他方のレベルへスイッチングする場
合、クロスオーバー点に到達し、その場合トランジスタ
MP1及びトランジスタMP2は両方共オフである。こ
のことは、従来のCMOS回路と異なり、ACパワーを
スタンバイ状態よりも更に低くさせている。入力Din
及び[Din]が継続してスイッチすると、基準電流分
割器回路110はノードBをプルダウンする。
【0030】トランジスタMP2がオンであるので、ノ
ードDが上昇し、トランジスタMN5をターンオンさ
せ、一方トランジスタMN4はオフである。この条件に
おいて、ノードGはプルダウンされ、それはトランジス
タMP4をターンオンさせ始める。次いで、トランジス
タMP4がノードHを完全なCMOS Vccレベルへ
プルアップさせる。
【0031】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のECL−CMOS変換器を示したブロ
ック図。
【図2】 従来のECL−CMOS変換器回路を示した
概略図。
【図3】 本発明に基づくECL−CMOS変換器を示
したブロック図。
【図4】 本発明に基づくECL−CMOS変換器の回
路実施例を示した概略図。
【符号の説明】
100 ECL−CMOS変換器回路 102 変換器段 104 ECL回路 106 利得段 108 CMOS回路 110 温度独立基準回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ECLレベル信号をCMOSレベル信号
    へ変換するために使用可能な差動型ECL−CMOS変
    換器回路において、 (a)差動ECLレベル入力信号を差動中間CMOSレ
    ベル信号へ変換する変換器段、 (b)差動中間CMOSレベル信号を完全なCMOSレ
    ベル出力信号へ変換する利得段、 (c)前記差動中間CMOSレベル信号に応答して前記
    変換器段のトリップ点を一定レベルに維持する温度独立
    基準回路、 を有することを特徴とする変換器回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記変換器段が、前
    記差動入力を一方のECLレベルから他方のものへスイ
    ッチングさせる場合に、第一及び第二スイッチング手段
    の両方がオフであるクロスオーバー点に到達するように
    前記差動ECLレベル入力信号のそれぞれのものに応答
    する第一及び第二スイッチング手段を有しており、その
    際に前記変換器回路により消費されるACパワーがスタ
    ンバイ状態よりも低いものであることを特徴とする変換
    器回路。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記温度独立基準回
    路が、 (a)前記差動中間CMOSレベル信号の第一のものと
    接地との間に接続された第一バイアススイッチ、 (b)第二の差動中間CMOSレベル信号と接地との間
    に接続された第二バイアススイッチ、 (c)前記第一及び第二のバイアススイッチ間に接続さ
    れたバイアスノード、 (d)前記変換器回路の特性を追従し且つ前記バイアス
    ノードにおけるバイアス電圧を制御する電流分割器、 を有することを特徴とする変換器回路。
  4. 【請求項4】 第一及び第二入力ノードにおいてそれぞ
    れ受取った差動ECLレベル信号をCMOSレベル信号
    へ変換するために使用可能な差動ECL−CMOS変換
    器回路において、 (a)変換器段(102)であって、(i)第一入力ノ
    ード(A)へ接続したソースと第一中間ノード(B)へ
    接続したドレインと第二入力ノード(C)へ接続したゲ
    ートとを有する第一Pチャンネル入力トランジスタ(M
    P1)及び(ii)第二入力ノード(C)へ接続したソ
    ースと第二中間ノード(D)へ接続したドレインと第一
    入力ノード(A)へ接続したゲートとを有する第二Pチ
    ャンネル入力トランジスタ(MP2)を有する変換器
    段、 (b)利得段(106)であって、(i)前記第一中間
    ノード(B)へ接続したゲートと出力ノード(H)へ接
    続したドレインとを有する第一Nチャンネル利得段入力
    トランジスタ(MN4)及び(ii)前記第二中間ノー
    ド(D)へ接続したゲートを有する第二Nチャンネル利
    得段入力トランジスタ(MN5)と、(iii)正供給
    電圧へ接続したソースと出力ノード(H)へ接続したド
    レインとを有する第一Pチャンネルミラートランジスタ
    (MP4)及び前記第一ミラートランジスタ(MP4)
    のゲートへ接続されると共に第一利得段入力トランジス
    タ(MN5)のドレインへ接続したゲートを有すると共
    に正供給電圧へ接続したソースを有する第二Pチャンネ
    ルミラートランジスタ(MP5)を有しており第一ミラ
    ートランジスタ(MP4)のドレインが第二利得段入力
    トランジスタ(MN4)のドレインへ接続されている電
    流ミラー、(iv)第一及び第二利得段入力トランジス
    タ(MN4,MN5)の両方のソースへ接続されたドレ
    インと負供給電圧へ接続されたソースと正供給電圧へ接
    続されたゲートとを有するNチャンネル電流源トランジ
    スタ(MN6)、を有する利得段、 (c)基準電流分割器回路(110)であって、(i)
    ベースノード(E)と、(ii)負供給電圧へ接続した
    ソースと第一中間ノード(B)へ接続したドレインとバ
    イアスノード(E)へ接続したゲートとを有する第一N
    チャンネルバイアストランジスタ(MN1)と、(ii
    i)負供給電圧へ接続したソースと第二中間ノード
    (D)へ接続したドレインとバイアスノード(E)へ接
    続したゲートとを有する第二Nチャンネルバイアストラ
    ンジスタ(MN2)と、(iv)正供給電圧へ接続した
    ソースと負供給電圧へ接続したゲートとバイアスノード
    (E)へ接続したドレインとを有するPチャンネル電流
    分割器トランジスタ(MP3)と、(v)負供給電圧へ
    接続したソースとバイアスノードへ接続したゲートとバ
    イアスノード(E)へ接続したドレインとを有するNチ
    ャンネル電流分割器トランジスタ(MN3)とを有する
    基準電流分割器回路、 を有することを特徴とする変換器回路。
  5. 【請求項5】 請求項4において、更に、付加的な負荷
    を駆動するために出力ノード(H)へ接続したバッファ
    が設けられていることを特徴とする変換器回路。
JP4205108A 1991-08-06 1992-07-31 差動型高速低パワーecl−cmos変換器 Pending JPH05206835A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/741,105 US5153465A (en) 1991-08-06 1991-08-06 Differential, high-speed, low power ECL-to-CMOS translator
US741105 1991-08-06

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JPH05206835A true JPH05206835A (ja) 1993-08-13

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ID=24979416

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JP4205108A Pending JPH05206835A (ja) 1991-08-06 1992-07-31 差動型高速低パワーecl−cmos変換器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5153465A (ja)
EP (1) EP0533327A3 (ja)
JP (1) JPH05206835A (ja)
KR (1) KR930005365A (ja)

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