JPH0779150A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPH0779150A
JPH0779150A JP5222942A JP22294293A JPH0779150A JP H0779150 A JPH0779150 A JP H0779150A JP 5222942 A JP5222942 A JP 5222942A JP 22294293 A JP22294293 A JP 22294293A JP H0779150 A JPH0779150 A JP H0779150A
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input
terminal
channel mosfet
gate
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Yoshitomo Numaguchi
喜伴 沼口
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor integrated circuit having a level conversion circuit not causing useless current consumption even when a level '1' of a voltage lower than a power supply voltage is applied. CONSTITUTION:This integrated circuit is characterized in that it is provided with a level conversion circuit including inverters 6, 7 connected in cascade in order from a signal input side, a P-channel MOSFET 1 whose gate is supplied with an output signal of the inverter 7, an N-channel MOSFET 2 whose gate is supplied with an intermediate level from an intermediate voltage terminal 22, a transfer gate whose input terminal is connected with a specified input terminal 21 and whose output terminal connects to an input terminal of the inverter 6 and a pull-up circuit 8 whose one terminal is connected to a specified power source (VDD) and whose other terminal is connected to an output terminal of the transfer gate and using an output signal of the inverter 6 as an enable signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特にレベル変換回路を有する半導体集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit,
In particular, it relates to a semiconductor integrated circuit having a level conversion circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のレベル変換回路を有する半導体集
積回路においては、入力信号として電源電圧VDDよりも
低い電圧を“1”レベルとして与えられるような場合、
例えばTTLICで駆動する場合には、入力バッファと
しては、論理反転電圧VINV が1.5V程度に設定され
るインバータを初段にしたバッファ回路が使用されてい
るが、外部からTTLの“1”レベルとして2.5Vが
定常的に印加されている場合には、当該バッファ回路に
は貫通電流が流れる状態となる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit having a conventional level conversion circuit, when a voltage lower than a power supply voltage V DD can be given as a "1" level as an input signal,
For example, in the case of driving with TTLIC, as the input buffer, a buffer circuit in which the inverter whose logical inversion voltage V INV is set to about 1.5 V is used as the first stage is used, but the TTL “1” level is externally supplied. When 2.5 V is constantly applied, a through current flows in the buffer circuit.

【0003】従来の半導体集積回路においては、この貫
通電流による消費電力の増大を回避するために、入力バ
ッファとしては、図5に示されるように、入力端子21
に接続されるインバータ6および7に対応して、プルア
ップ抵抗としての抵抗5を入力端子21に付加して、
“1”レベルをなるべく電源電圧VDDに近付けるか、ま
たは図7に示されるように、入力端子21に接続される
インバータ7に対応して、インバータ7の前段にNOR
回路15を接続して、入力回路をNOR回路構成にする
ことにより、入力データを取込むときだけイネーブル信
号ENを活性化するという方法が採られている。これら
の図5および図7の従来例における信号波形および電流
波形を示すタイミング図が、それぞれ図6(a)、
(b)、(c)、(d)、(e)および(f)と、図8
(a)、(b)、(c)、(d)、(e)および(f)
に示される。これらの具体回路例等は、「CMOS超L
SIの設計」(培風館:飯塚哲哉編、p108〜11
0)に示されている。
In a conventional semiconductor integrated circuit, in order to avoid an increase in power consumption due to this shoot-through current, an input terminal 21 is used as an input buffer as shown in FIG.
A resistor 5 as a pull-up resistor is added to the input terminal 21 corresponding to the inverters 6 and 7 connected to
The "1" level is made as close as possible to the power supply voltage V DD , or, as shown in FIG. 7, a NOR circuit is provided in front of the inverter 7 corresponding to the inverter 7 connected to the input terminal 21.
A method is employed in which the enable signal EN is activated only when the input data is taken in by connecting the circuit 15 and making the input circuit a NOR circuit configuration. Timing diagrams showing signal waveforms and current waveforms in the conventional example of FIGS. 5 and 7 are respectively shown in FIG.
(B), (c), (d), (e) and (f), and FIG.
(A), (b), (c), (d), (e) and (f)
Shown in. For examples of these specific circuits, refer to "CMOS Ultra L
Design of SI "(Baifukan: Tetsuya Iizuka, p108-11
0).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
集積回路における入力バッファとしては、前者の図5の
例においては、図6(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)および(f)に示されるように、プルアップ抵抗
を介して外部に入力端子側に電流が流れて、無為の消費
電流が増大するという欠点があり、また、後者の図7の
例においては、図8(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)および(f)に示されるように、イネーブル信号
ENを考慮しなければならない分だけ回路設計が複雑に
なるという欠点がある。
As the input buffer in the above-described conventional semiconductor integrated circuit, in the former example of FIG. 5, as shown in FIGS. 6 (a), (b), (c), (d),
As shown in (e) and (f), there is a drawback that a current flows to the outside through the pull-up resistor to the input terminal side, resulting in an increase in unnecessary current consumption. 8 (a), (b), (c), (d),
As shown in (e) and (f), there is a drawback that the circuit design becomes complicated by the fact that the enable signal EN has to be taken into consideration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、信号入力側より順番に縦続接続される第1および第
2の反転増幅器と、ゲートに前記第2の反転増幅器の出
力信号が供給されるPチャネルMOSFETと、ゲート
に所定の中間電位が供給されるNチャネルMOSFET
により形成され、入力端に所定の入力信号が入力され
て、出力端が前記第1の反転増幅器の入力端に接続され
るトランスファゲートと、一端が所定の電源に接続さ
れ、他端が前記トランスファゲートの出力端に接続され
て、前記第1の反転増幅器の出力信号をイネーブル信号
として形成されるプルアップ回路とを含むレベル変換回
路を備えることを特徴としている。
In a semiconductor integrated circuit of the present invention, first and second inverting amplifiers are connected in series from the signal input side, and an output signal of the second inverting amplifier is supplied to a gate. P-channel MOSFET and N-channel MOSFET whose gate is supplied with a predetermined intermediate potential
A transfer gate having a predetermined input signal input to its input end and an output end connected to the input end of the first inverting amplifier; and one end connected to a predetermined power supply and the other end connected to the transfer gate. And a pull-up circuit connected to the output terminal of the gate and formed with the output signal of the first inverting amplifier as an enable signal.

【0006】[0006]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0007】図1は本発明の第1の実施例におけるレベ
ル変換回路を形成する入力バッファを示す回路図であ
る。図1に示されるように、本実施例の入力バッファ
は、入力端子21および中間電圧端子22に対応して、
PチャネルMOSFET1およびNチャネルMOSFE
T2により形成されるトランスファゲートと、Pチャネ
ルMOSFET4と抵抗5を含むプルアップ回路3と、
縦続接続されるインバータ6および7とを備えて構成さ
れる。また、図2(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)、(f)および(g)は、本実施例における信号
波形および電流波形等を示すタイミング図である。以
下、図1および図2を参照して、本実施例の動作につい
て説明する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an input buffer forming a level conversion circuit according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the input buffer of this embodiment corresponds to the input terminal 21 and the intermediate voltage terminal 22,
P-channel MOSFET 1 and N-channel MOSFE
A transfer gate formed by T2, a pull-up circuit 3 including a P-channel MOSFET 4 and a resistor 5,
The inverters 6 and 7 are connected in cascade. 2 (a), (b), (c), (d),
(E), (f) and (g) are timing charts showing signal waveforms, current waveforms and the like in this embodiment. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0008】図1において、電源電圧VDDを5V、中間
電圧端子22の電圧VREF を2.5Vとし、インバータ
6の論理反転電圧VINV を1.5Vとして、入力端子2
1に加えられる高レベルとしては2.5Vが最大である
ものとする。この状態においては、NチャネルMOSF
ET2はオンの状態にあり、入力端子21の電位が0V
の時には、NチャネルMOSFET2を介して内部接点
Aの電位は0Vとなり、インバータ6により反転されて
内部接点Bの電位は5V、更にインバータ7により出力
端Dの電位は0Vとなる。これにより、プルアップ回路
3に含まれるPチャネルMOSFET4はオフし、Pチ
ャネルMOSFET1はオンとなる。次に、入力端子の
電位が0V→2.5Vに変化すると、PチャネルMOS
FET1およびNチャネルMOSFET2により形成さ
れるトランスファゲートを介して、内部接点Aの電位は
0V→2.5Vに変化し、当該電位がインバータ6の論
理反転電圧VINV を越えた時点において、内部接点Bの
電位は5V→0Vに変化し、またインバータ7を介して
出力端Dの電位は0V→5Vに変化する。これにより、
プルアップ回路3に含まれるPチャネルMOSFET4
はオンし、トランスファゲートを形成するPチャネルM
OSFET1はオフの状態となって、内部接点Aの電位
は、2.5V→5Vに変化する。ここにおいて、入力端
子21と内部接点Aの間に電位差が生じるが、Pチャネ
ルMOSFET1およびNチャネルMOSFET2は、
ゲート・ソース間電圧差VGSがしきい値電圧VTN以下で
あるために、電流が流れることはない。次に、入力端子
21の電位が2.5V→0に変化し、NチャネルMOS
FET2のゲート・ソース間電圧差VGSがしきい値電圧
TN以上になると、NチャネルMOSFET2を介して
内部接点Aの電位は5V→0Vに変化し、インバータ6
の論理反転電圧VINV を割った時点において、内部接点
Bの電位は0V→5Vに変化し、また出力端Dの電位は
5V→0Vに変化して、PチャネルMOSFET4はオ
フとなり、PチャネルMOSFET1はオンして、内部
接点Aの電位は0.数V→0Vに変化する。
In FIG. 1, the power supply voltage V DD is 5 V, the voltage V REF at the intermediate voltage terminal 22 is 2.5 V, and the logic inversion voltage V INV of the inverter 6 is 1.5 V.
The maximum high level applied to 1 is 2.5V. In this state, N-channel MOSF
ET2 is in the ON state and the potential of the input terminal 21 is 0V
At this time, the potential of the internal contact A becomes 0V through the N-channel MOSFET 2, the potential of the internal contact B becomes 5V after being inverted by the inverter 6, and the potential of the output terminal D becomes 0V by the inverter 7. As a result, the P-channel MOSFET 4 included in the pull-up circuit 3 is turned off and the P-channel MOSFET 1 is turned on. Next, when the potential of the input terminal changes from 0V to 2.5V, the P-channel MOS
The potential of the internal contact A changes from 0V to 2.5V via the transfer gate formed by the FET 1 and the N-channel MOSFET 2, and when the potential exceeds the logic inversion voltage V INV of the inverter 6, the internal contact B Changes from 5V to 0V, and the potential of the output terminal D changes from 0V to 5V via the inverter 7. This allows
P-channel MOSFET 4 included in pull-up circuit 3
Turns on and forms a transfer gate P-channel M
The OSFET 1 is turned off, and the potential of the internal contact A changes from 2.5V to 5V. Here, although a potential difference occurs between the input terminal 21 and the internal contact A, the P-channel MOSFET 1 and the N-channel MOSFET 2 are
Since the gate-source voltage difference V GS is less than or equal to the threshold voltage V TN , no current flows. Next, the potential of the input terminal 21 changes from 2.5V to 0, and the N-channel MOS
When the gate-source voltage difference V GS of the FET2 becomes equal to or higher than the threshold voltage V TN , the potential of the internal contact A changes from 5V to 0V via the N-channel MOSFET 2 and the inverter 6
When the logic inversion voltage V INV is divided, the potential of the internal contact B changes from 0V to 5V, the potential of the output end D changes from 5V to 0V, the P-channel MOSFET 4 turns off, and the P-channel MOSFET 1 Is turned on and the potential of the internal contact A is 0. The number changes from V to 0V.

【0009】図2に示されるように、本実施例において
は、入力端子に流れる電流が著しく低減されていること
が分かる。なお、本実施例は、本発明をCMOSプロセ
スの通常TTL入力バッファに適用した例であるが、他
のBi−CMOS等のプロセスの半導体集積回路に対し
ても本発明が有効に適用されることは云うまでもなく、
或はまた回路構成を変えることにより、シュミット入力
バッファとしても構成することが可能であり、または同
一半導体集積回路内において、内部回路電源のみを低下
させて使用する出力バッファ回路にも適用することがで
きる。
As shown in FIG. 2, it can be seen that the current flowing through the input terminal is remarkably reduced in this embodiment. Although the present embodiment is an example in which the present invention is applied to a normal TTL input buffer of a CMOS process, the present invention can be effectively applied to a semiconductor integrated circuit of another Bi-CMOS process or the like. Needless to say,
Alternatively, it can be configured as a Schmitt input buffer by changing the circuit configuration, or can be applied to an output buffer circuit in which only the internal circuit power supply is reduced and used in the same semiconductor integrated circuit. it can.

【0010】図3は、本発明の第2の実施例におけるレ
ベル変換回路を形成する入力バッファを示す回路図であ
る。図3に示されるように、本実施例の入力バッファ
は、入力端子21に対応して、PチャネルMOSFET
1およびNチャネルMOSFET2により形成されるト
ランスファゲートと、PチャネルMOSFET4と抵抗
5を含むプルアップ回路3と、縦続接続されるインバー
タ6および7と、NチャネルMOSFET9、10およ
び14と、PチャネルMOSトランジスタ11、12お
よび13とを含む中間電圧発生回路8とを備えて構成さ
れる。また、図4(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)、(f)および(g)は、本実施例における信号
波形および電流波形等を示すタイミング図である。以
下、図3および図4を参照して、本実施例の動作につい
て説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an input buffer forming a level conversion circuit according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the input buffer of this embodiment corresponds to the input terminal 21 and is a P-channel MOSFET.
1 and an N-channel MOSFET 2, a transfer gate, a pull-up circuit 3 including a P-channel MOSFET 4 and a resistor 5, cascaded inverters 6 and 7, N-channel MOSFETs 9, 10 and 14, and a P-channel MOS transistor. And an intermediate voltage generation circuit 8 including 11, 12 and 13. 4 (a), (b), (c), (d),
(E), (f) and (g) are timing charts showing signal waveforms, current waveforms and the like in this embodiment. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.

【0011】図3において、図1との対比により明らか
なように、本実施例の第1の実施例と異なる点は、トラ
ンスファゲートを形成するNチャネルMOSFET2の
ゲートに供給される中間電圧を生成するために、新た
に、出力点Dの電位レベルを入力とする中間電圧発生回
路8が付加されていることである。それ以外のレベル変
換回路の構成ならびに動作については、前述の第1の実
施例の場合と全く同様であり、その動作説明は省略す
る。
As is clear from comparison with FIG. 1 in FIG. 3, the difference from the first embodiment of the present embodiment is that the intermediate voltage supplied to the gate of the N-channel MOSFET 2 forming the transfer gate is generated. In order to do so, the intermediate voltage generating circuit 8 which receives the potential level of the output point D as an input is newly added. The other configurations and operations of the level conversion circuit are exactly the same as those in the above-described first embodiment, and the description of the operation is omitted.

【0012】次に、新たに設けられた中間電圧発生回路
8の動作について、レベル変換回路の動作との関連にお
いて説明する。
Next, the operation of the newly provided intermediate voltage generating circuit 8 will be described in relation to the operation of the level converting circuit.

【0013】レベル変換回路の出力点Dの電位が0Vで
ある場合には、NチャネルォMOSFET9および14
はオフの状態にあり、またPチャネルMOSFET11
はオンとなる。これにより、内部接点Cの電位は、Pチ
ャネルMOSFET11を介して電源電圧VDD(=5
V)が出力されて5Vとなり、NチャネルMOSFET
2のゲートに入力される。次いで入力端子21の電位が
0V→2.5Vに変化して、これに伴ない出力端Dの電
位が0V→5Vに変化すると、PチャネルMOSFET
11はオフし、NチャネルMOSFET9および14は
オンとなり、これにより、NチャネルMOSFET9お
よび10、PチャネルMOSFET12および13、N
チャネルMOSFET14により分圧された中間電圧が
発生して出力される。即ち、入力端子21の電位レベル
が2.5Vの時には、入力端子21と内部接点Aの電圧
差による電流が生じないように、NチャネルMOSFE
T2のゲート電圧を下げる必要があるが、入力端子21
の電位レベルが0Vの時には、NチャネルMOSFET
2のゲート電圧を下げる必要がないので、中間電圧発生
回路8の消費電力を抑制するために、出力端Dの信号出
力レベルを利用して、出力レベルの切替えが行われてい
る。
When the potential at the output point D of the level conversion circuit is 0V, N-channel MOSFETs 9 and 14 are provided.
Is off, and the P-channel MOSFET 11
Turns on. As a result, the potential of the internal contact C is supplied to the power source voltage V DD (= 5) via the P-channel MOSFET 11.
V) is output and becomes 5V, and N-channel MOSFET
It is input to the gate of 2. Next, when the potential of the input terminal 21 changes from 0V to 2.5V and the potential of the output terminal D changes from 0V to 5V accordingly, the P-channel MOSFET
11 turns off and N-channel MOSFETs 9 and 14 turn on, which causes N-channel MOSFETs 9 and 10, P-channel MOSFETs 12 and 13, N.
The intermediate voltage divided by the channel MOSFET 14 is generated and output. That is, when the potential level of the input terminal 21 is 2.5 V, the N-channel MOSFE is set so that no current is generated due to the voltage difference between the input terminal 21 and the internal contact A.
It is necessary to lower the gate voltage of T2, but input terminal 21
When the potential level of is 0V, N-channel MOSFET
Since it is not necessary to lower the gate voltage of No. 2, the output level is switched using the signal output level of the output terminal D in order to suppress the power consumption of the intermediate voltage generation circuit 8.

【0014】なお、本発明が、出力端Dにおける信号出
力の取り入れを必ずしも必要としていないこと、中間電
圧発生回路自体を他のレベル変換回路と共有することが
できること、および中間電圧発生回路内の回路構成が、
本実施例と同一でなくてもよいことは極めて明白なこと
である。
It is to be noted that the present invention does not necessarily need to take in the signal output at the output terminal D, that the intermediate voltage generating circuit itself can be shared with another level converting circuit, and that the circuit in the intermediate voltage generating circuit is shared. The composition is
It is quite clear that it need not be the same as this embodiment.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、信号入
力側より縦続接続される第1および第2の反転増幅器
と、ゲートに前記第2の反転増幅器の出力信号が入力さ
れるPチャネルMOSFETと、ゲートに所定の中間電
位が供給されるNチャネルMOSFETにより形成さ
れ、入力端に所定の入力信号が入力されて、出力端が前
記第1の反転増幅器の入力端に接続されるトランスファ
ゲートと、一端が所定の電源に接続され、他端が前記ト
ランスファゲートの出力端に接続されて、前記第1の反
転増幅器の出力信号をイネーブル信号として形成される
プルアップ回路とを含むレベル変換回路を備えることに
より、電源電圧よりも低い電圧を“1”レベルとして入
力する場合においても、入力端子電流を著しく抑制する
ことが可能となり、無駄な消費電力を低減することがで
きるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the first and second inverting amplifiers are connected in cascade from the signal input side, and the P channel in which the output signal of the second inverting amplifier is input to the gate. A transfer gate formed by a MOSFET and an N-channel MOSFET whose gate is supplied with a predetermined intermediate potential, a predetermined input signal being input to an input end, and an output end being connected to an input end of the first inverting amplifier. And a pull-up circuit having one end connected to a predetermined power source and the other end connected to the output end of the transfer gate, and the pull-up circuit formed with the output signal of the first inverting amplifier as an enable signal. By including the above, it becomes possible to remarkably suppress the input terminal current even when a voltage lower than the power supply voltage is input as the “1” level. There is an effect that it is possible to reduce the Do power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例におけるレベル変換回路
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a level conversion circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例における動作を示すタイミング図
である。
FIG. 2 is a timing chart showing an operation in the first embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例におけるレベル変換回路
を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a level conversion circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】第2の実施例における動作を示すタイミング図
である。
FIG. 4 is a timing chart showing an operation in the second embodiment.

【図5】第1の従来例におけるレベル変換回路を示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a level conversion circuit in a first conventional example.

【図6】第1の従来例における動作を示すタイミング図
である。
FIG. 6 is a timing chart showing an operation in the first conventional example.

【図7】第2の従来例におけるレベル変換回路を示すブ
ロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a level conversion circuit in a second conventional example.

【図8】第2の従来例における動作を示すタイミング図
である。
FIG. 8 is a timing chart showing an operation in a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、4、11〜13 PチャネルMOSFET 2、9、10、14 NチャネルMOSFET 3 プルアップ回路 5 抵抗 6、7 インバータ 15 NOR回路 1, 4, 11-13 P-channel MOSFET 2, 9, 10, 14 N-channel MOSFET 3 Pull-up circuit 5 Resistor 6, 7 Inverter 15 NOR circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号入力側より順番に縦続接続される第
1および第2の反転増幅器と、 ゲートに前記第2の反転増幅器の出力信号が供給される
PチャネルMOSFETと、ゲートに所定の中間電位が
供給されるNチャネルMOSFETにより形成され、入
力端に所定の入力信号が入力されて、出力端が前記第1
の反転増幅器の入力端に接続されるトランスファゲート
と、 一端が所定の電源に接続され、他端が前記トランスファ
ゲートの出力端に接続されて、前記第1の反転増幅器の
出力信号をイネーブル信号として形成されるプルアップ
回路と、 を含むレベル変換回路を備えることを特徴とする半導体
集積回路。
1. A first and a second inverting amplifier connected in series from the signal input side, a P-channel MOSFET having a gate supplied with the output signal of the second inverting amplifier, and a gate having a predetermined intermediate portion. It is formed by an N-channel MOSFET to which a potential is supplied, a predetermined input signal is input to the input end, and the output end is the first
A transfer gate connected to the input terminal of the inverting amplifier, one end of which is connected to a predetermined power supply, and the other end of which is connected to the output terminal of the transfer gate, and the output signal of the first inverting amplifier is used as an enable signal. A semiconductor integrated circuit comprising a pull-up circuit formed and a level conversion circuit including the pull-up circuit.
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