JPH11112327A - Cmos論理回路を含む論理回路 - Google Patents

Cmos論理回路を含む論理回路

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JPH11112327A
JPH11112327A JP9271223A JP27122397A JPH11112327A JP H11112327 A JPH11112327 A JP H11112327A JP 9271223 A JP9271223 A JP 9271223A JP 27122397 A JP27122397 A JP 27122397A JP H11112327 A JPH11112327 A JP H11112327A
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voltage level
input line
mos transistor
logic circuit
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JP9271223A
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Kazuharu Kuchimachi
和治 口町
Tatsumi Yamauchi
辰美 山内
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CMOS論理回路を含む多入力選択回路等の高
速化と、CMOS論理回路の貫通電流の抑制を図る。 【解決手段】Hレベルの外部入力線108が選択された
時に、CMOSインバータ101の入力線104aの電
位の立ち上がりを電圧レベル検出手段102で検出して
pチャネルMOSトランジスタ103をオンさせ、入力
線104aをHレベルに引き上げる。CMOSインバー
タ101の出力線106aに接続される負荷の影響を受
けることなく、回路動作を高速化するとともに、CMO
Sインバータ101に貫通電流が流れる時間を短縮す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS論理回路
を含む論理回路に係り、特に、そのような論理回路の高
速化及びCMOS論理回路の貫通電流の抑制に関する。
【0002】
【従来の技術】CMOS論理回路を含む論理回路の従来
例として、図9に示すような多入力選択回路が知られて
いる。この多入力選択回路は、多数の外部入力線806
のそれぞれに挿入されたスイッチ素子としてのMOSト
ランジスタ800を制御信号805により選択的にオン
させることによって、一つの外部入力線806の信号
を、CMOS論理回路であるCMOSインバータ801
の入力線803に入力し、その信号をCMOSインバー
タ801により波形整形して出力する。CMOSインバ
ータ801の入力線803には、電圧レベル補正のため
のpチャネルMOSトランジスタ802が接続され、そ
のゲートはCMOSインバータ801の出力線804に
接続される。
【0003】選択されたある外部入力線806がHレベ
ルであったとすると、CMOSインバータ801の入力
線803の電位が上がる結果、CMOSインバータ80
1の出力線804の電位は下がる。しかし、当該外部入
力線806に挿入されたMOSトランジスタ800の電
圧降下によって、入力線803の電位はHレベルより低
い中間レベルとなるため、CMOSインバータ801の
内部にいわゆる貫通電流が流れる。
【0004】CMOSインバータ801を含め、一般に
CMOS論理回路においては、電源と接地との間にpチ
ャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジ
スタが直列に接続されている。入力電位がHレベル又は
Lレベルの時には、直列接続されたMOSトランジスタ
の一方がオンし他方はオフするため、その直列接続を通
じて電源から接地へ貫通電流は流れない。しかし、入力
電位がHレベルとLレベルの中間的なレベルの時には、
両方のMOSトランジスタが同時にオン状態となり貫通
電流が流れる。ある程度の重い負荷の接続が予想され
る、あるいは接続される負荷の種類を予め特定できない
目的に用いられるファンアウトの大きなCMOS論理回
路の場合、貫通電流はかなり大きな値となるため、それ
を抑制しないと過熱や故障の原因となる。
【0005】さて、CMOSインバータ801が動作
し、その出力線804がある電圧レベルまで下がると、
入力線803と電源との間に接続されたpチャネルMO
Sトランジスタ802がオンし、入力線803は中間レ
ベルからHレベルへ引き上げられる。かくして、CMO
Sインバータ801の貫通電流が抑止される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】CMOSインバータ8
01の入力線803の対地容量Cの影響により、信号波
形が鈍る。外部入力線806の本数が多いほど同対地容
量Cは増大し、それだけ信号波形の鈍りが強くなり、選
択された外部入力線806の信号変化もしくは外部入力
線806の選択時点から、CMOSインバータ801の
出力線804の信号変化までのディレイ時間が増加す
る。出力線804に接続される負荷の影響によっても、
その信号波形が鈍る。その鈍りの程度は負荷によって変
動し、一意に定まらない。その結果、出力線804で制
御されるpチャネルMOSトランジスタ802がオンす
る時刻が遅れ、貫通電流が流れる時間は増加し、しかも
一意に定まらないという問題がある。
【0007】また、見方を変えると、pチャネルMOS
トランジスタ802は、CMOSインバータ801の入
力波形の立ち上がりを加速してディレイ時間を減らす働
きもする。したがって、外部入力線806の選択時点も
しくは選択された外部入力線806の信号変化から、p
チャネルMOSトランジスタ802がオンされるまでの
時間を短縮すれば、それだけディレイ時間が短縮されて
回路が高速化する。
【0008】その目的のためにCMOSインバータ80
1の論理閾値を下げることが考えられる。こうすると、
負荷が軽い場合にはCMOSインバータ801の出力の
立ち下がりは早まるため、pチャネルMOSトランジス
タ802のオン時刻も早まる。しかし、負荷が重い場合
にはCMOSインバータ801の出力の立ち下がりは遅
くなるため、結果として意図した高速化を達成できな
い。
【0009】本発明の目的は、CMOS論理回路を含む
論理回路において、より確実な貫通電流の抑制及び回路
動作の高速化を実現することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、入出力に関し第1の論理レベルと第2の
論理レベルを有するCMOS論理回路を含む論理回路に
おいて、該CMOS論理回路の入力線に接続され、該入
力線の電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段と、該
電圧レベル検出手段及び該入力線に接続され、該電圧レ
ベル検出手段による電圧レベル検出結果に応じて、該入
力線の電位を該第1の論理レベルと該第2の論理レベル
の中間レベルから該第2の論理レベルへ補正する電圧レ
ベル補正手段とを具備せしめる。さらには、該電圧レベ
ル補正手段及び該CMOS論理回路の該入力線又は出力
線に接続され、該入力線の電位が該第2の論理レベルか
ら該第1の論理レベルへ変化する期間に該電圧レベル補
正手段による電圧レベル補正を抑止する電圧レベル補正
抑止手段とを具備せしめる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り詳細に説明する。
【0012】図1に本発明の第1の実施例である多入力
選択回路を、図2にその動作波形を示す。
【0013】図1において、101はCMOS論理回路
の一種であるCMOSインバータである。このCMOS
インバータ101は入出力の論理レベルとして第1と第
2の論理レベルを持つが、ここではL(low)レベルが第
1の論理レベル、H(high)レベルが第2の論理レベル
である。CMOSインバータ101の入力線104aに
は、多数の外部入力線108が、スイッチ素子としての
MOSトランジスタ100を介して接続される。各外部
入力線108に挿入されたMOSトランジスタ100
は、それぞれの制御信号107によってオン、オフされ
る。
【0014】CMOSインバータ101の貫通電流の抑
制及び回路動作の高速化のために、電圧レベル検出手段
102と、電圧レベル補正手段としてのpチャネルMO
Sトランジスタ103が設けられる。電圧レベル検出手
段102は、入力線104aの電位がある電圧レベルを
超えるまでは出力線105aをHレベルにするが、その
電圧レベルを超えると出力線105aをLレベルにする
ものである。この電圧レベル検出手段102の具体例
は、後に図3又は図4により説明する。電圧レベル補正
手段としてのpチャネルMOSトランジスタ103は、
CMOSインバータ101の入力線104aと電源との
間に接続され、そのゲートは電圧レベル検出手段102
の出力線105aと接続される。
【0015】ある外部入力線108のMOSトランジス
タ100が選択されてオンし、その外部入力先108が
Hレベルである場合の回路動作を図2を参照しながら説
明する。この選択時点t0から、CMOSインバータ1
01の入力線104aの電位はLレベルから上昇を始め
るが、比較的大きな対地容量Cが存在することと選択さ
れたMOSトランジスタ100の電圧降下があることか
ら、波形104bのような緩慢な立ち上がりとなる。入
力線104aの電位が電圧レベル検出手段102の検出
電圧レベルに達した時点t1から、その出力線105a
の電位は波形105bのように下がり始める。時点t2
で電圧レベル補正手段としてのpチャネルMOSトラン
ジスタ103がオンし、このpチャネルMOSトランジ
スタ103を通じて対地容量Cへ充電電流が流れ入力線
104aはHレベル側へ引き上げられるため、入力線1
04aは波形104bのように早い時点でHレベルまで
上昇する。そして時点t3でCMOSインバータ101
が動作し、その出力線106aの電位は波形106bの
ようにLレベルへ向かって下降する。
【0016】このようにCMOSインバータ101の入
力線104aの立ち上がりを検出することによって、C
MOSインバータ101の動作開始より早い時点t2で
pチャネルMOSトランジスタ103をオンさせて電圧
レベル補正を行う。したがって、CMOSインバータ1
01の出力信号の立ち下がりを検出して電圧レベル補正
を開始する従来例に比べ、外部入力線108の選択(又
は、その信号の立ち上がり開始)からCMOSインバー
タ101の出力信号の立ち下がり開始までのディレイ時
間が大幅に短縮される。また、CMOSインバータ10
1の入力電位が中間レベルになる時間が短くなるため、
CMOSインバータ101に貫通電流が流れる時間も大
幅に短縮される。電圧レベル補正手段としてのpチャネ
ルMOSトランジスタ103の動作には、CMOSイン
バータ101の出力線106aに接続される負荷は全く
影響しないため、ディレイ時間及び貫通電流が流れる時
間も一意に定まる。また、CMOSインバータ101は
専らその負荷を駆動するのに最適となるように論理閾値
等を決定できるため、CMOSインバータ101それ自
体の高速化も容易である。かくして、本実施例によれ
ば、従来よりも高速の多入力選択回路を実現できる。
【0017】電圧レベル検出手段102の一例を図3示
す。ここに示す例は、pチャネルMOSトランジスタ2
00とnチャネルMOSトランジスタ201とからなる
CMOSインバータである。図2の時点t1を早くする
ために、このCMOSインバータの論理閾値を低く設定
するのが好ましいが、これは各MOSトランジスタ20
0,201のチャネルのサイズを適切に調整することに
より可能である。
【0018】なお、このCMOSインバータも過渡的に
貫通電流が流れるが、その負荷はpチャネルMOSトラ
ンジスタ103のみであることが分かっているから、貫
通電流を十分小さな値に抑えるように各MOSトランジ
スタ200,201を設計することは容易である。
【0019】電圧レベル検出手段102の別の例を図4
に示す。ここに示す例は、電圧レベル補正用pチャネル
MOSトランジスタ103とともに、pチャネルMOS
トランジスタ300及びnチャネルMOSトランジスタ
301とから構成されたカレントミラー回路である。C
MOSインバータ101の入力線104aの電位がnチ
ャネルMOSトランジスタ301の閾値を超えると、M
OSトランジスタ300,301を通じて電源から接地
へ電流が流れ、同時にpチャネルMOSトランジスタ3
00とpチャネルMOSトランジスタ103のチャネル
サイズ比で決まる値の電流が、pチャネルMOSトラン
ジスタ103を通じて電源から入力線104aへ流れ
る。この電流によって入力線104aの対地容量Cを充
電し、その電位をHレベルへ引き上げる。MOSトラン
ジスタ103,300は、例えば、両方のMOSトラン
ジスタのドレインを共通にし、そのドレイン境にして、
その一方の側にpチャネルMOSトランジスタ103の
ゲートとソースを配置し、他方の側にpチャネルMOS
トランジスタ300のゲートとソースを配置した構造と
することができる。なお、入力線104aの電圧レベル
補正期間に、MOSトランジスタ300,301を通じ
電源から接地へ流れる貫通電流を必要最小限の値に抑え
ることは容易である。
【0020】ところで、図1により説明した第1の実施
例において、CMOSインバータ101の入力線104
aがHレベルまで立ち上がった後に、選択されている外
部入力線がLレベルに変化したとする。この過渡期間に
おいて、電圧レベル検出手段102の出力線105aが
Hレベルに反転するまでは、電圧レベル補正用pチャネ
ルMOSトランジスタ103はオン状態であるため、入
力線104aの電位下降を妨げるように、つまり回路速
度を低下させる方向に作用する。この作用は弱い方が望
ましい。しかし、この作用を弱めようとすると、第1の
実施例の構成においては、入力線104aの立ち上がり
時にpチャネルMOSトランジスタ103を通じて流れ
る電流の値を抑えなければならず、電圧レベル補正作用
が弱くなる。したがって、第1の実施例においては、立
ち下がり時の悪影響との兼ね合いを考慮して、立ち上が
り時の電圧レベル補正作用の強さを制限せざるを得な
い。
【0021】そのような制約を排除し、より確実な貫通
電流抑止と回路動作の一層の高速化を達成するため、次
に述べる第2の実施例及び第3の実施例は、CMOSイ
ンバータ101の入力線104aがHレベルからLレベ
ルへ変化する期間に、pチャネルMOSトランジスタ1
03による電圧レベル補正作用を抑止するように構成さ
れる。
【0022】図5は本発明の第2の実施例である多入力
選択回路を、図6はその動作波形を示す。図5に示す多
入力選択回路は、図1に示した多入力選択回路に、pチ
ャネルMOSトランジスタ103による電圧レベル補正
を抑止するための電圧レベル補正抑止手段501を追加
した構成である。本実施例では、この電圧レベル補正抑
止手段501は、電圧レベル補正手段としてのpチャネ
ルMOSトランジスタ103に直列に挿入したpチャネ
ルMOSトランジスタ505と、そのゲートとCMOS
インバータ101の出力線106aとの間に接続された
遅延素子504からなる。この遅延素子504は、その
出力線509aに、CMOSインバータ出力線106a
の信号の反転信号を一定時間遅延した信号を出力するも
のである。これ以外の回路構成は、図1に示した多入力
選択回路と同じである。
【0023】次に、CMOSインバータ101の入力線
104aがLレベルの状態で、あるHレベルの外部入力
線108が選択され、CMOSインバータ101の出力
線106aがLレベルに変化した後に、同じ外部入力線
108がLレベルに変化するか、あるいはLレベルの別
の外部入力線108が選択された場合の動作を、図6の
動作波形を参照しながら説明する。
【0024】Hレベルの外部入力線108が選択された
時点t0から、入力線104aの電位は波形104bの
ように立ち上がり始め、時点t1から電圧レベル検出手
段102の出力線105aの電位は波形105bのよう
に下がり始める。この段階では、遅延素子504の出力
線509aの電位つまりpチャネルMOSトランジスタ
505のゲート電位は波形509bのようにLレベルで
あるため、pチャネルMOSトランジスタ505はオン
状態である。したがって、時点t2でpチャネルMOS
トランジスタ103がオンすると入力線104aの電位
は波形104bに示すようにHレベルへ引き上げられ、
時点t3でCMOSインバータ101が動作し、その出
力線106aの電位は波形106bのように下がり始め
る。このような入力線104aの立ち上がり段階の動作
は実質的に図1の多入力選択回路と同様である。しか
し、CMOSインバータ出力線106aの立ち下がりか
ら一定時間を経過した時点t4に、遅延素子504の出
力線509aの電位が波形509bのように上昇するた
め、pチャネルMOSトランジスタ505がオフし(こ
の時点では入力線104aはHレベルである)、pチャ
ネルMOSトランジスタ103による電圧レベル補正は
抑止される。
【0025】その後、時点t5で、選択されている外部
入力線108がLレベルに変化するかLレベルの他の外
部入力線108が選択されると、CMOSインバータ入
力線104aの電位は波形104bのように立ち下が
る。電圧レベル検出手段102の出力線105aは波形
105bのようにLレベルであるが、pチャネルMOS
トランジスタ505はオフしているため、pチャネルM
OSトランジスタ103による電圧レベル補正作用は抑
止されるため、それが抑止されない場合より迅速に入力
線104aは立ち下がり、時点t6でCMOSインバー
タ101が動作し、その出力線106aが波形106b
のように立ち上がる。そして、時点t7で電圧レベル検
出手段102の出力線105aが波形105bのように
立ち上がりpチャネルMOSトランジスタ103がオフ
し、それに遅れて時点t8で遅延素子504の出力線5
09aが波形509bのように立ち下がり、pチャネル
MOSトランジスタ505はオンし(この時点では入力
線104aはLレベルである)、pチャネルMOSトラ
ンジスタ103による電圧レベル補正の抑止が解除され
る。
【0026】図7は本発明の第3の実施例である多入力
選択回路を示す。この多入力選択回路は、図1に示した
多入力回路に電圧レベル補正抑止手段600を追加した
構成である。この電圧レベル補正抑止手段600は、電
圧レベル補正手段としてのpチャネルMOSトランジス
タ103と直列にpチャネルMOSトランジスタ601
を接続し、CMOSインバータ101の入力線104a
の信号を反転せずに一定時間遅延した信号を遅延素子6
02を通じてpチャネルMOSトランジスタ601のゲ
ートに与える構成である。入力線104aがLレベルか
らHレベルへ立ち上がる時には、pチャネルMOSトラ
ンジスタ601はゲート電位がLレベルとなりオンする
ため、pチャネルMOSトランジスタ103による電圧
レベル補正が働く。しかし、入力線104aがHレベル
になった後は、遅延素子602によりHレベルがpチャ
ネルMOSトランジスタ601のゲートに与えられるた
め、pチャネルMOSトランジスタ601はオフしpチ
ャネルMOSトランジスタ103による電圧レベル補正
を抑止する。入力線104aがHレベルからLレベルに
立ち下がる時には、その過渡期を経過するまではpチャ
ネルMOSトランジスタ601はオフしたままであるた
め、pチャネルMOSトランジスタ103による電圧レ
ベル補正は抑止される。入力線104aがLレベルにな
った後にpチャネルMOSトランジスタ601はオン
し、pチャネルMOSトランジスタ103による電圧レ
ベル補正が働くようになる。
【0027】なお、この実施例は、pチャネルMOSト
ランジスタ601のゲートを、入力線104aの信号を
遅延した信号により制御するため、前記第2実施例と違
い、pチャネルMOSトランジスタ601をオン又はオ
フするタイミングは、CMOSインバータ101の負荷
による出力波形の鈍りに影響されず、一意に定まる。
【0028】前記第2及び第3の実施例によれば、入力
線104aの立ち下がりがpチャネルMOSトランジス
タ103により妨げられないため、その際の回路動作速
度を図1の回路より高速化でき、その過渡時に貫通電流
が流れる時間も短縮できる。一方、入力線104aの立
ち上がりについては、立ち下がりを考慮することなく、
十分な電圧レベル補正作用を得られるようにpチャネル
MOSトランジスタ103を設計できるため、その際の
回路動作を図1の回路より高速化することができ、ま
た、その過渡期に貫通電流が流れる時間もさらに短縮す
ることができる。
【0029】以上、3つの実施例を説明したが、本発明
はそれに限定されるものではなく、CMOS論理回路を
用いた各種の論理回路に同様に適用できるものである。
例えば、図8に示すように、図1に示した多入力選択回
路のCMOSインバータ101をCMOS・NANDゲ
ート700に置き換え、一部の(又は全ての)外部入力
線108に挿入されるスイッチ素子100を2つの(又
は3つ以上の)制御信号701で制御されるスイッチ素
子702に変更したような、より複雑な論理機能を持つ
論理回路も本発明に包含される。図5又は図7に示した
多入力選択回路を同様に変形した論理回路も本発明に包
含される。また、電圧レベル検出手段、電圧レベル補正
手段及び電圧レベル補正抑止手段も、前述のものに限定
されるものではない。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、CMOS論理回路を含む論回路において、C
MOS論理回路の入力線の電圧レベルを直接的に検出
し、その検出結果に応じて、CMOS論理回路の入力線
の第1論理レベルから第2論理レベルへの変化時に入力
線電位を中間レベルから第2論理レベルに補正すること
により、CMOS論理回路の出力線に接続される負荷の
影響を受けることなく、CMOS論理回路の貫通電流を
効果的に抑制し、かつ論理回路の動作を高速化すること
ができる。CMOS論理回路の入力線の対地容量が増加
する多入力選択回路のような論理回路では、特にその効
果は大きい。また、CMOS論理回路の入力線が第2論
理レベルから第1論理レベルへ変化する期間に電圧レベ
ル補正作用を抑止することにより、回路動作のより一層
の高速化及びより効果的な貫通電流抑制を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す概略回路図であ
る。
【図2】第1の実施例の動作波形図である。
【図3】電圧レベル検出手段の一例を示す回路図であ
る。
【図4】電圧レベル検出手段の別の一例を示す回路図で
ある。
【図5】本発明の第2の実施例を示す概略回路図であ
る。
【図6】第2の実施例の動作波形図である。
【図7】本発明の第3の実施例を示す概略回路図であ
る。
【図8】本発明の変形例を示す概略回路図である。
【図9】従来例を示す概略回路図である。
【符号の説明】
100 MOSトランジスタ(スイッチ素子) 101 CMOSインバータ 102 電圧レベル検出手段 103 pチャネルMOSトランジスタ(電圧レベル
補正手段) 104a CMOSインバータの入力線 106a CMOSインバータの出力線 108 外部入力線 200 pチャネルMOSトランジスタ 201 nチャネルMOSトランジスタ 300 pチャネルMOSトランジスタ 301 nチャネルMOSトランジスタ 504 遅延素子 505 pチャネルMOSトランジスタ 600 電圧レベル補正抑止手段 601 pチャネルMOSトランジスタ 602 遅延素子 700 CMOS・NANDゲート 702 スイッチ素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力に関し第1の論理レベルと第2の
    論理レベルを有するCMOS論理回路と、該CMOS論
    理回路の入力線に接続され、該入力線の電圧レベルを検
    出する電圧レベル検出手段と、該電圧レベル検出手段及
    び該入力線に接続され、該電圧レベル検出手段による電
    圧レベル検出結果に応じて、該入力線の電位を該第1の
    論理レベルと該第2の論理レベルの中間レベルから該第
    2の論理レベルへ補正する電圧レベル補正手段とを具備
    するCMOS論理回路を含む論理回路。
  2. 【請求項2】 入出力に関し第1の論理レベルと第2の
    論理レベルを有するCMOS論理回路と、該CMOS論
    理回路の入力線に接続され、該入力線の電圧レベルを検
    出する電圧レベル検出手段と、該電圧レベル検出手段及
    び該入力線に接続され、該電圧レベル検出手段による電
    圧レベル検出結果に応じて、該入力線の電位を該第1の
    論理レベルと該第2の論理レベルの中間レベルから該第
    2の論理レベルへ補正する電圧レベル補正手段と、該電
    圧レベル補正手段及び該CMOS論理回路の該入力線又
    は出力線に接続され、該入力線の電位が該第2の論理レ
    ベルから該第1の論理レベルへ変化する期間に該電圧レ
    ベル補正手段による電圧レベル補正を抑止する電圧レベ
    ル補正抑止手段とを具備するCMOS論理回路を含む論
    理回路。
JP9271223A 1997-10-03 1997-10-03 Cmos論理回路を含む論理回路 Pending JPH11112327A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009060345A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Seiko Instruments Inc 電圧検出回路及びそれを用いた発振器
CN112309331A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板及其控制方法、显示装置

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