JPH0697812A - プッシュプルカスコード論理 - Google Patents

プッシュプルカスコード論理

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JPH0697812A
JPH0697812A JP2418596A JP41859690A JPH0697812A JP H0697812 A JPH0697812 A JP H0697812A JP 2418596 A JP2418596 A JP 2418596A JP 41859690 A JP41859690 A JP 41859690A JP H0697812 A JPH0697812 A JP H0697812A
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transistors
circuit
coupled
logic
voltage supply
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JP2418596A
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Inventor
Bruce A Gieseke
エイ ギーセック ブルース
Robert A Conrad
エイ コンラード ロバート
James J Montanaro
ジェイ モンタナロ ジェイムズ
Daniel W Dobberpuhl
ダブリュー ドーバープール ダニエル
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Digital Equipment Corp
Original Assignee
Digital Equipment Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/356104Bistable circuits using complementary field-effect transistors
    • H03K3/356113Bistable circuits using complementary field-effect transistors using additional transistors in the input circuit
    • H03K3/356147Bistable circuits using complementary field-effect transistors using additional transistors in the input circuit using pass gates
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/173Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components
    • H03K19/1733Controllable logic circuits
    • H03K19/1738Controllable logic circuits using cascode switch logic [CSL] or cascode emitter coupled logic [CECL]

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クロス結合されたチェンネル出力トランジス
タの組を使用することによって、高速で電力消費が少な
い回路を作る。 【構成】 本発明の論理回路は、第1及び第2トランジ
スタと、結合論理ネットワークを備える。前記第1及び
第2トランジスタの各々は、ソースドレインパス及びゲ
ートを有している。それらのソースドレインパスの一端
は電圧供給の1つの端子に結合されており、もう一端は
第1及び第2出力ノードに別々に結合されている。前記
ゲートは前記第1及び第2出力ノードにクロス結合され
ている。また前記結合論理ネットワークは、前記ネット
ワークへの論理入力の値により、出力ノードの一方を前
記電圧供給の前記1つの端子に、もう一方を前記電圧供
給の他の端子に結合したり、またその逆に結合するよう
なスイッチ手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は論理回路、更に言えば集
積回路デバイスに用いられる型のカスコード論理回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】カスコード電圧スイッチ論理回路は、H
eller等による、1984年2月22日のISSC
C84のp.16、あるいは、1989年5月23日に
公開された米国特許第4,833,347号のRobe
rt L.Rabeによる「Chaage Distr
ibution Resistant Logic C
ircuits Utilizing True an
d Complement Input Contro
l Circuits 」に述べられている。これら
は、ラッチをセットした後に直流がなく、それらの入力
のロードは低容量性である、というような特徴を有する
差動CMOS論理装置である。この論理の型は、必要な
デバイス数を減少させ、そうして回路の遅延を減少させ
る。しかしながら、その性能はラッチのセット時間によ
って限定されてしまう、ということが分かっている。特
に従来のカスコード電圧スイッチ論理回路において、出
力ノードの一方の電圧は、もう一方の出力ノード(及び
入力結合ネットワークの関連部分)上の電圧がハイに変
化する前に差動増幅器の反対側の脚のプルアップがター
ンオンした場合には、降下しなくてはならない。第2
に、従来のカスコード電圧スイッチ論理回路では、全て
の正電荷が差動増幅器トランジスタ(2つのプルアップ
トランジスタ、大抵はPチャネルである)によって供給
されなければならなかった。
【0003】本発明の特徴は、従来のCMOS論理及び
処理に矛盾しない回路を与えることであり、性能の点で
最高であるようなところで使用され得る。特に、高速で
しかも電力消費が小さいという特徴が、本発明の回路の
重要な点である。更に、デバイスを減少させ、それによ
り集積回路のエリアを減少させることも本発明の目的で
ある。
【0004】
【発明の概要】本発明の1実施例によれば、カスコード
論理回路には、クロス結合されたPチャンネル出力トラ
ンジスタの組によってプルアップされる差動出力ノード
の組が与えられている。出力ノードは、差動入力を受け
るNチャンネル結合ネットワークの出力に結合されてお
り、出力ノードの一方を正電力、もう一方をグランドに
接続するよう機能し、差動入力によってプッシュプル効
果を与える。出力ノードは、結合ネットワークの差動出
力に別々のNチャンネルトランジスタのソースドレイン
パスによって結合されることが出来、これらのトランジ
スタのゲートは、それらの出力ノードを結合ネットワー
クから容量的に絶縁するため、正電力供給に結合されお
り、また、ダイナミックラッチ機能を与えるようクロッ
クされることも出来る。それらの出力ノードをグランド
に結合しているクロス結合Nチャンネルトランジスタを
付加し、そうしてその出力のローサイドを浮動させすに
抑えることにより、完全にスタティックなラッチが与え
られる。トランジスタの導電型は、他の実施例において
逆にすることも出来る。この時は、差動増幅器はNチャ
ンネルであり、残りのトランジスタ(つまり、論理及び
ラッチ機能、そして任意の絶縁機能のために用いられた
トランジスタ)はPチャンネルであろう。
【0005】
【実施例】図1を参照すれば、本発明の1実施例による
プッシュプルカスコード論理回路が示されている。Pチ
ャンネルトランジスタの組10、11は、相対的に正で
ある電圧供給Vddに結合されたドレイン、出力ノード
12、13に結合されたソースを有している。トランジ
スタ10及び11のゲート14、15はクロス結合され
ており、出力ノード12及び13に結合されている。ク
ロス結合Pチャンネルトランジスタ10、11は、論理
ネットワークからの出力信号の論理レベルを感知し、増
幅し、そして記憶するような差動増幅を形成する。出力
ノード12及び13は、Nチャンネルトランジスタ16
及び17(これらのトランジスタは任意のものであり、
その結合は直列であろう)の組のソース・ドレインパス
を通じて、結合マップネットワークからの論理電圧を受
けているノード18及び19の組に結合されている。こ
のネットワーク20は、Nチャンネルトランジスタ(図
1あるいは2の実施例)から作られており、入力21を
受け、そして、ノード18あるいは19のうちの一方を
正Vdd端子22に結合しそして入力ノード18あるい
は19の残りの一方をグランドあるいは電力供給のV
ss端子23に結合するような、どんな論理結合にも出
来るであろう。結合論理ネットワーク20は、図1のス
イッチの組24及び25によって現される。論理入力2
1に因り、ノード18がVddに結合されそしてノード
19がVssに結合されたり、あるいはその逆に結合さ
れたりするが、他の結合は不可能である。つまり、ノー
ド18及び19の両方をVddに結合したり、あるいは
それら両方をVssに結合したり、あるいはどちらも高
インピーダンス状態においたりすることは出来ない。
【0006】Pチャンネルトランジスタ10、11の機
能は、(1)ネットワーク20(及び任意のトランジス
タ16及び17)によってVdd端子22に結合されて
いる出力ノード12あるいは13の立ち上がり時間を減
少させ、(2)Vddに結合されている出力ノード12
あるいは13のため、その信号を全範囲に渡ってVdd
にプルアップすることである。この立ち上がり時間はそ
れと異なり、Nチャンネルトランジスタが貧弱なプルア
ップデバイスを作るため、遅いものであろう。Nチャン
ネルだけを使用した場合は、Vddに結合された出力ノ
ード12あるいは13は、Vdd〜Vtnにプルアップ
されるだけであろう。ここでVtnはボディイイフェク
トされている(つまり、Vtnは、トランジスタのドレ
イン上でその電圧により影響されているという事であ
る)。このように、Pチャンネルトランジスタ10及び
11は、その信号を早い立ち上がり時間で、全範囲に渡
ってVddにプルアップし、有効な「1」論理レベルの
回復を与える。
【0007】トランジスタ16及び17は、ノード18
及び19のキャパシタンスからの出力ノード12及び1
3を、抵抗的に絶縁する。これらのトランジスタ16及
び17は、任意のものであり、論理ネットワークによっ
て現された容量性ロードによって使用される。トランジ
スタ10及び11は、出力ノード12あるいは13のう
ちの1つをVdd〜VtnからVddにプルするために
必要な電荷を供給しなければならず、更に、トランジス
タ16及び17を絶縁することで、出力ノード12及び
13のキャパシタンスが、ノード18及び19のキャパ
シタンスや、論理ネットワーク20内のキャパシタンス
に比較して小さい場合に、回路動作を高速にしてくれ
る。トランジスタ16及び17は、トランジスタ16及
び17が3極管からカットオフ領域に進んだ時は、マッ
プネットワーク20のどのような大きな容量性ノードか
らも、その出力ノード12及び13を効果的にシールド
する。これらのトランジスタ16及び17はVddに繋
がれたゲートを有しており、そうして、Vssに結合さ
れた出力ノード12あるいは13のため、それらのトラ
ンジスタ16あるいは17はとても小さな抵抗を提供
し、そしてVddに結合された出力ノード12あるいは
13のため、それらのトランジスタ16あるいは17は
その出力ノードがVdd〜Vtnを過ぎた時は、高い抵
抗を与えるであろう。
【0008】他の実施例において、Nチャンネルトラン
ジスタ16及び17のゲートは、クロック電圧に接続さ
れており、そうしてNチャンネルトランジスタ16及び
17のPチャンネルトランジスタ10及び11との結合
は、上記したように容量性の絶縁を与えている間はダイ
ナミックラッチを与える。
【0009】図2を参照すれば、本発明の他の実施例が
示されている。図2においてその結合論理ネットワーク
20は、高速パリティ発生及びチュックのために使用さ
れる8ビットパリティゲートである。図2の回路中の入
力21(一般に図1に示されている)は、入力信号IN
からIN
【0010】
【外1】
【0011】の8つの真及び補数の組を含む。4つのト
ランジスタ結合25は、チェイン(各々が、入力信号の
真及び補数の組である)内の各ビット位置に関連してお
り、ライン26及び27上のそれぞれの入力信号
【0012】
【外2】
【0013】と、ライン28及び29上の前段階からの
信号との、XOR及びXNOR(つまり排他OR、排他
NOR)を発生する。結合25の1つ1つそれぞれの中
の4つのNチャンネルトランジスタ30、31、32及
び33は、入力ライン28及び29と、出力ライン34
及び35との間に結合されたソースドレインパス、及び
図示したようにそれぞれの入力ライン26及び27に結
合されたゲートを有している。第1段階
【0014】
【外3】
【0015】は勿論、前段階のノード34帯び35の代
わりに、Vdd及びVssに結合された入力28及び2
9を有している。回路25の所定の1つのため、その入
力ライン26がハイの時(その入力ラインの補数はロ
ー)、トランジスタ30及び32はON、トランジスタ
31及び33はOFF に保持され、前段階からの入力
ライン28がVdd〜Vtn(そしてもう一方の入力ラ
イン29がVss)である場合には、出力34はVdd
〜Vtn、出力35はVssであり、また、その逆に、
入力ライン29がVdd〜Vtn(そしてもう一方の入
力ライン28がVss)の場合には、出力34は
ss、出力35はVdd〜Vtnである。入力ライン
26がロー、そして入力ライン27がハイの時、トラン
ジスタ31及び33はON、トランジスタ30及び32
はOFFであり、したがってライン28は出力ライン3
5に結合され、入力ライン29は出力ライン34に結合
される。このように、各回路25のため、トランジスタ
30及び33はVdd〜VtnあるいはVssレベルの
いづれかを出力ノード34に向かって進み、トランジス
タ31及び32はVssあるいはVdd〜Vtnレベル
のいづれかを出力ノード35に向かって進む(ノード3
4及び35常に補数である)。ハイ及びロー信号は、結
合段階25に沿って、左から右へ、それらがそれらのノ
ード18及び19に到達するまで伝播する。ここでトラ
ンジスタ16及び17は、トランジスタ10及び11か
ら成るPチャンネル差動増幅器とマップネットワーク2
0の最終段階25との間を絶縁し、及び/あるいは、も
しクロックΦがトランジスタ16及び17のゲートにお
いて使用された場合にラッチ機能を与えるため、任意に
与えられるものである。
【0016】図2の回路は、従来のカスコード電圧スイ
ッチ論理に比較して、スピードが早い。なぜなら、立ち
上がりつつある出力ノード18あるいは19及びマップ
ネットワーク20の関連部分における電圧が、クロス結
合Pチャンネルプルアップ10あるいは11が現れる前
に、よりハイになるよう動き始めるためである。従来の
回路においては、立ち上がりつつある出力ノード及びマ
ップネットワークの関連部分における電圧がハイに変化
する前に、反対側の脚のプルアップがターンオンする
と、立ち下がりつつある出力ノードにおける電圧は降下
しなければならなかった。第2に、従来のゲートにおい
ては、全ての正電荷は、差動増幅器トランジスタ10及
び11により与えられなければならなかった。本発明の
回路では、殆どの電荷が、マップネットワーク20を通
じて結合されたVdd供給から、直接与えられる。ある
人は、従来のゲートを高速にするため、Pチャンネルト
ランジスタ10及び11のサイズを増加させ、より電流
を与えるかもしれない。しかしながら、Pチャンネルト
ランジスタ10及び11はネットワークのNチャンネル
トランジスタと対照して与えられているので、Nチャン
ネルトランジスタはそのサイズは増加させられなけばな
らず、そうして荷電されなければならないキャパシタン
スは増加する。本発明の回路の付加的な利点は、入力の
スイッチング過度電流(switching tran
sient)の間、チェインのノード34とノード35
との間で、チャージスプリッティング(chage−s
plitting)しているということである。これ
は、スピード性能を改善するのに有用である。なぜな
ら、いくつかの電荷は再分配され、電力供給から供給さ
れる必要がないからである。
【0017】もしクロックΦが、図1あるいは図2の回
路のトランジスタ16及び17のゲートにおいて、電圧
ddの代わりに使用された場合には、ラッチが与えら
れる。このクロック信号Φは標準ゲートをラッチへ変換
する。もしクロス結合Pチャンネルトランジスタ10及
び11だけが存在する場合、そのラッチは完全にスタテ
ィックではない。なぜなら、論理“0“レベルでのノー
ド12あるいは13の出力は、そのラッチが閉じられて
いる時は浮動状態だからである。それらのゲート上にク
ロックΦを有するトランジスタ16は、トランジスタ1
0及び11を、出力ノード12あるいは13からではな
く、入力ノード18及び19から絶縁する。図3に示し
たように、クロス結合Nチャンネルトランジスタ36及
び37の組を付加することにより、ゲートは完全にスタ
ティックなラッチとなる。これらのトランジスタ36及
び37のソースドレインパスは、ノード12あるいは1
3とVssとの間に別々に結合され、それらのゲートは
反対側のノード12あるいは13に結合されており、そ
うしてハイであるそれらのノード12あるいは13は、
もう一方のノードのためトランジスタ36あるいは37
をターンオンすることによって、もう一方のノードをロ
ー(浮動の代わりに)に保持するよう機能する。
【0018】図1〜3に示されたものは、Pチャンネル
プルアップトランジスタ10及び11をNチャンネル論
理及びラッチトランジスタと共に使用した場合である
が、トランジスタの型は図4の回路に示されているよう
に逆にすることも出来る。Nチャンネルトランジスタ1
0及び11は、トランジスタ16及び17と、結合ネッ
トワーク20を形成するトランジスタのような、Pチャ
ンネル論理及びラッチングトランジスタと共に、差動増
幅器(この場合プルダウントランジスタとして)で使用
される。図4においてVdd及びVssが、図1〜3と
は逆になっている。
【0019】本発明により与えられた論理ファミリー
は、従来のカスコード電圧スイッチ論理と比較して、ス
ピードの点で非常に利点を生んでおり、また与えられた
スピード要求に対して領域の利点も生む。本発明の論理
フォームはまた、その性能が限定範囲のものであった回
路の級のため、従来のスタティックCMOS回路を越え
るスピード及び領域の利点を与える。
【外1】
【外2】
【外3】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例による、論理回路の電気回路
図である。
【図2】本発明の代替例による、パリティチェック論理
回路の電気回路図である。
【図3】本発明の他の実施例による、完全なスタティッ
クラッチ型の論理回路の電気回路図である。
【図4】差動増幅器においてPチャンネルトランジスタ
の代わりにNチャンネルトランジスタを使用し、残りの
NチェンネルトランジスタをPチャンネルトランジスタ
に置き換えているような、本発明の他の実施例による図
1に示した論理回路の電気回路図である。
【符号の説明】
10 Nチャンネルトランジスタ 11 Nチャンネルトランジスタ 12 出力ノード 13 出力ノード 16 トランジスタ 17 トランジスタ 20 結合ネットワーク 22 Vdd端子 23 Vss端子 26 入力ライン 27 入力ライン 14 ゲート 15 ゲート 30 トランジスタ 31 トランジスタ 32 トランジスタ 33 トランジスタ 36 トランジスタ 37 トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エイ コンラード アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01527ミルバリー ウェスト メイン ス トリート 339 (72)発明者 ジェイムズ ジェイ モンタナロ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01541プリンストン カラミント ヒル ロード ノース 26 (72)発明者 ダニエル ダブリュー ドーバープール アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01545シュローズバリー フォックス ヒ ル ロード 31

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 論理回路において、 a)第1及び第2トランジスタと、 b)結合論理ネットワークとを備え、 前記第1及び第2トランジスタの各々は、ソースドレイ
    ンパス及びゲートを有し、各々の前記ソースドレインパ
    スの一端は電圧供給の1つの端子に結合され、前記ソー
    スドレインパスのもう一端は第1及び第2出力ノードに
    別々に結合され、前記ゲートは前記第1及び第2出力ノ
    ードにクロス結合されており、 前記結合論理ネットワークは、前記ネットワークへの論
    理入力の値により、前記出力ノードの一方を前記電圧供
    給の前記1つの端子にそして前記第1及び第2出力ノー
    ドのもう一方を前記電圧供給の他の端子に結合したり、
    またその逆に結合するような、スイッチ手段を有するこ
    とを特徴とする論理回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の回路において、前記第1
    及び第2トランジスタはPチャンネルMOSトランジス
    タであり、そして前記電圧供給の前記1つの端子は相対
    的に正である回路。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の回路において、前記論理
    ネットワークはNチャンネルMOSトランジスタから成
    る回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の回路において、前記第1
    及び第2トランジスタはNチャンネルMOSトランジス
    タであり、そして前記電圧供給の前記1つの端子は相対
    的に負である回路。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の回路において、前記論理
    ネットワークはPチャンネルMOSトランジスタから成
    る回路。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の回路において、第3及び
    第4トランジスタを含み、それらの第3及び第4トラン
    ジスタの各々が、前記出力ノードの1つと前記論理ネッ
    トワークとの間に直列に別々に結合されたソースドレイ
    ンパスを有する回路。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の回路において、前記第3
    及び第4トランジスタは、前記第1及び第2トランジス
    タのそれとは反対の導電型である回路。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の回路において、前記第3
    及び第4トランジスタの各々は、前記供給の前記1つの
    端子に結合されたゲートを有する回路。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の回路において、前記第3
    及び第4トランジスタの各々は、前記出力ノードのため
    にダイナミックラッチを与えるようクロック電圧源に結
    合されたゲートを有する回路。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の回路において、第5及
    び第6トランジスタを含み、前記第5及び第6トランジ
    スタの各々は、前記出力ノードの1つと前記電圧供給の
    前記他の端子との間に直列に別々に結合されたソースド
    レインパスを有し、前記第5及び第6トランジスタの各
    々は、前記出力ノードのうちの1つにクロス結合されて
    いるゲートを有する回路。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の回路において、前記
    第5及び第6トランジスタは、第1及び第2トランジス
    タのそれとは反対の導電型である回路。
  12. 【請求項12】 論理回路において、 a)第1及び第2PチャンネルMOSトランジスタと、 b)スイッチ装置とを備え、 前記第1及び第2PチャンネルMOSトランジスタの各
    々は、ソースドレインパス及びゲートを有し、前記ソー
    スドレインパス各々の一端は相対的に正である電圧供給
    に結合され、前記ソースドレインパスのもう一端は第1
    及び第2出力ノードに別々に結合されており、前記ゲー
    トは前記第1及び第2出力ノードにクロス結合されてお
    り、 前記スイッチ装置は、前記スイッチ装置への論理入力の
    値により、前記出力ノードを前記相対的に正である電圧
    供給へそして前記出力ノードのもう一方を相対的に負で
    ある電圧供給へ結合したり、またその逆に結合したりす
    ることを特徴とする論理回路。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の回路において、第3
    及び第4NチャンネルMOSトランジスタを含み、これ
    らの第3及び第4NチャンネルMOSトランジスタの各
    々は、前記出力ノードの1つと前記スイッチ装置との間
    に直列に別々に結合されたソースドレインパスを有して
    いる回路。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の回路において、前記
    第3及び第4トランジスタの各々は、前記相対的に正で
    ある電圧供給に結合されたゲートを有している回路。
  15. 【請求項15】 請求項13記載の回路において、前記
    第3及び第4トランジスタの各々は、前記出力ノードの
    ためにダイナミックラッチを与えるようクロック電圧に
    結合されたゲートを有する回路。
  16. 【請求項16】 請求項12記載の回路において、第3
    及び第4Nチャンネルトランジスタを含み、前記第3及
    び第4Nチャンネルトランジスタの各々は、前記出力ノ
    ードの1つと前記相対的に負である電圧供給との間に直
    列に別々に結合されたソースドレインパスを有し、前記
    第3及び第4Nチャンネルトランジスタの各々は、前記
    出力ノードの1つにクロス結合されたゲートを有する回
    路。
  17. 【請求項17】 請求項12記載の回路において、前記
    スイッチ回路は、直列回路に順番に結合されたソースド
    レインパスを有する第3、第4、第5及び第6Nチャン
    ネルトランジスタと、 第3及び第4トランジスタの接点を前記相対的に正であ
    る電圧供給に結合する手段と、 第5及び第6トランジスタの接点を相対的に負である電
    圧供給に結合する手段と、 第3及び第6トランジスタの接点を前記第1出力ノード
    に結合する手段と、 第4及び第5トランジスタの接点を前記第2出力ノード
    に結合する手段と、 前記第3及び第5トランジスタのゲートに結合されてい
    る前記論理入力及び、前記第4及び第6トランジスタの
    ゲートへの前記論理入力の補数を含むことを特徴とする
    回路。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の回路において、複数
    の前記第3、第4、第5及び第6トランジスタの組を含
    み、各組は、異なる論理入力と、そこへ結合された前記
    論理入力の補数とを有する回路。
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