JPS5911032A - 論理回路の信号レベル変動補償回路 - Google Patents
論理回路の信号レベル変動補償回路Info
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- JPS5911032A JPS5911032A JP11977082A JP11977082A JPS5911032A JP S5911032 A JPS5911032 A JP S5911032A JP 11977082 A JP11977082 A JP 11977082A JP 11977082 A JP11977082 A JP 11977082A JP S5911032 A JPS5911032 A JP S5911032A
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- Japan
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- power supply
- circuit
- emitter
- vcc
- transistor
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/082—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
- H03K19/086—Emitter coupled logic
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00369—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
- H03K19/00376—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor circuits
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ディジタル論理回路に係り、特にその信号レ
ベルがチップ上の電源電圧降下および温度によって変動
することを補償する信号レベル変動補償回路に関する。
ベルがチップ上の電源電圧降下および温度によって変動
することを補償する信号レベル変動補償回路に関する。
LSIに供給された電源電圧は、電源配線の抵抗によっ
て電圧降下し、高い方の咀源甫、圧と低い方の電源電圧
をそれぞれVcc、Vつ。とすると、第1図に示すよう
に、電源パッドからの距離が大きくなるにしたがってV
ccは下がりvzeは上がる。従来、論理回路としては
、超高速の分野で第2図に示すようなエミッタ結合論理
回路T ECL回路)が使われてきているが、このEC
Lを第1図のような電源電圧降下のあるチップに使うと
、ECLの出力信号VORあるいはV NORのレベル
VOR、Vat、は、第3図に示すようにゲートの′電
源パッドからの距離によって変動する。ただし、ここで
VORは高い側の信号レベル(正論理で′″1″1″レ
ベルOLは低い側の信号レベル(正論理で”0”レベル
)を表わす。まだ、VOLは、第2図の抵抗8または9
に電流が流れることによっテ生り、ルので、定電流回路
のバイアスV(!11の与え方を工夫することKよって
電流を制御し、VoLは第3図のようにゲートの位置に
依らないようにすることができる。一方、VoHは、第
2図のトランジスタ6まだは7のペース・エミッタ間電
圧をvseとすれば、 VOFI =Vcc −VIE となり、第1図のVCCの電位の傾きがそのままVoH
の傾きとなって現われ補償し得ない。まだ、信号レベル
の温度依存性はトランジスタ6又は7のペース・エミッ
タ間電圧Vieの温度依存性が現われるので、上述の電
源電圧降下の場合と同じく、voLについてはバイアス
VCgの温度依存性を利用してレベル変動を補償できる
が、VO1’1については上式から分かるようにVBf
fiと同じ温度依存性が現われ、第3図の破線に示すよ
うにトランジスタ6又は7の接合温度T、が上がるとV
ORは上昇してしまう。
て電圧降下し、高い方の咀源甫、圧と低い方の電源電圧
をそれぞれVcc、Vつ。とすると、第1図に示すよう
に、電源パッドからの距離が大きくなるにしたがってV
ccは下がりvzeは上がる。従来、論理回路としては
、超高速の分野で第2図に示すようなエミッタ結合論理
回路T ECL回路)が使われてきているが、このEC
Lを第1図のような電源電圧降下のあるチップに使うと
、ECLの出力信号VORあるいはV NORのレベル
VOR、Vat、は、第3図に示すようにゲートの′電
源パッドからの距離によって変動する。ただし、ここで
VORは高い側の信号レベル(正論理で′″1″1″レ
ベルOLは低い側の信号レベル(正論理で”0”レベル
)を表わす。まだ、VOLは、第2図の抵抗8または9
に電流が流れることによっテ生り、ルので、定電流回路
のバイアスV(!11の与え方を工夫することKよって
電流を制御し、VoLは第3図のようにゲートの位置に
依らないようにすることができる。一方、VoHは、第
2図のトランジスタ6まだは7のペース・エミッタ間電
圧をvseとすれば、 VOFI =Vcc −VIE となり、第1図のVCCの電位の傾きがそのままVoH
の傾きとなって現われ補償し得ない。まだ、信号レベル
の温度依存性はトランジスタ6又は7のペース・エミッ
タ間電圧Vieの温度依存性が現われるので、上述の電
源電圧降下の場合と同じく、voLについてはバイアス
VCgの温度依存性を利用してレベル変動を補償できる
が、VO1’1については上式から分かるようにVBf
fiと同じ温度依存性が現われ、第3図の破線に示すよ
うにトランジスタ6又は7の接合温度T、が上がるとV
ORは上昇してしまう。
以上のような変動があると、信号振幅はワースト・ケー
スを考慮して大きくしておく必要があり、これがためス
イッチング速度が低下してしまう。
スを考慮して大きくしておく必要があり、これがためス
イッチング速度が低下してしまう。
本発明の目的は、論理回路の出力信号レベルが、LSI
チップ上の電源電圧降下や温度によって変動を受けない
ような、信号レベル変動補償回路を揚供することにある
。
チップ上の電源電圧降下や温度によって変動を受けない
ような、信号レベル変動補償回路を揚供することにある
。
本発明では上記の目的を達成するため、まず正側電源V
ccと負側電源Vtvの電源配線を並行に走らせ、その
配線幅の比を一定に保つことによってVCCとV+cv
の電源電圧降下が一定の比例関係になるようにする。つ
まり、VccとVatの電源電圧降下をそれぞれΔVc
c、Δv0とすると、ΔVcc=αΔVzv (αは比
例定数)がチップ上の任意の位置で成立するようにする
。次に、一端をVccに接続された負荷抵抗の全部ある
いは一部に電流が流れ、その電流をVEEに流すように
した補償用トランジスタ回路を付加する。補償用トラン
ジスタのコレクタを、負荷抵抗のVccとは逆の端子に
接続するか、あるいは負荷抵抗のある分割点に接続する
か、また、補償用トランジスタのエミッタとV+cvの
間の回路をどうするかについては、αの値による。この
ようにすることにより、補償用トランジスタのペースに
は、チップ上で同一の重信を与え、VvzO値(チップ
への供給電圧がら電圧降下を引いた値)に応じて補償用
トランジスタのコレクタ電流を変化させ、その電流変化
が上記トランジスタのコレクタとVcc。
ccと負側電源Vtvの電源配線を並行に走らせ、その
配線幅の比を一定に保つことによってVCCとV+cv
の電源電圧降下が一定の比例関係になるようにする。つ
まり、VccとVatの電源電圧降下をそれぞれΔVc
c、Δv0とすると、ΔVcc=αΔVzv (αは比
例定数)がチップ上の任意の位置で成立するようにする
。次に、一端をVccに接続された負荷抵抗の全部ある
いは一部に電流が流れ、その電流をVEEに流すように
した補償用トランジスタ回路を付加する。補償用トラン
ジスタのコレクタを、負荷抵抗のVccとは逆の端子に
接続するか、あるいは負荷抵抗のある分割点に接続する
か、また、補償用トランジスタのエミッタとV+cvの
間の回路をどうするかについては、αの値による。この
ようにすることにより、補償用トランジスタのペースに
は、チップ上で同一の重信を与え、VvzO値(チップ
への供給電圧がら電圧降下を引いた値)に応じて補償用
トランジスタのコレクタ電流を変化させ、その電流変化
が上記トランジスタのコレクタとVcc。
間に人っている負荷抵抗に生じる電圧降下の変化によっ
てVccの電源電圧降下の変動を補償する。
てVccの電源電圧降下の変動を補償する。
一方、温度補償については、論理回路の構成にも依り、
たとえば、エミッタフォロワ回路のような負荷駆動回路
が入るかどうかにも依るが、必要な温度依存性は、補償
用トランジスタのペースに与える電位の温度依存性を選
ぶことにより得ることができる。
たとえば、エミッタフォロワ回路のような負荷駆動回路
が入るかどうかにも依るが、必要な温度依存性は、補償
用トランジスタのペースに与える電位の温度依存性を選
ぶことにより得ることができる。
以下、図面を斥照して本発明の一実施例について詳細に
説明する。
説明する。
第4図は、本発明にもとづく補償用トランジスタ回路の
一例を示す構成図である。23は、ある所定の論理をと
る回路であり、抵抗21.22は負荷抵抗である。抵抗
21.22に流れる電流によって生じる電圧降下により
論理レベルを決める。
一例を示す構成図である。23は、ある所定の論理をと
る回路であり、抵抗21.22は負荷抵抗である。抵抗
21.22に流れる電流によって生じる電圧降下により
論理レベルを決める。
出力は抵抗22の下端から取り出す。正側の電源をVc
c、負側の電源をvveとする。補償用トランジスタ2
4のコレクタは抵抗21.22の接続点に接続し、ペー
スにはチップ上で同一の電位V e6□を与え、エミッ
タは抵抗25を通してkEに接続する。
c、負側の電源をvveとする。補償用トランジスタ2
4のコレクタは抵抗21.22の接続点に接続し、ペー
スにはチップ上で同一の電位V e6□を与え、エミッ
タは抵抗25を通してkEに接続する。
論理回路23として、エミッタフォロワ付きのEC,L
回路を例にとり、上記の実施例をより具体的に説明する
。第5図は、ECL回路のNOR,出力(VNo*)に
対して本発明を適用した例である。
回路を例にとり、上記の実施例をより具体的に説明する
。第5図は、ECL回路のNOR,出力(VNo*)に
対して本発明を適用した例である。
OR,出力についても同様に適用できる。第2図のNO
R側の負荷抵抗8Fi、第5図では21.22に分割し
、その分割点に補償用トランジスタ24を接続し、かつ
抵抗25をエミッタと負側電源Vtzの間に接続する。
R側の負荷抵抗8Fi、第5図では21.22に分割し
、その分割点に補償用トランジスタ24を接続し、かつ
抵抗25をエミッタと負側電源Vtzの間に接続する。
VccとVgffiの電源配線抵抗による電圧降下は第
1図のようになるものとし、それらの電圧降下の値(そ
れぞれΔVc。
1図のようになるものとし、それらの電圧降下の値(そ
れぞれΔVc。
ΔVvとする)がΔVc=α・ΔVvを満たすように、
VccとVvvの電源配線を並行に走らせ、かつVcc
の配線抵抗はvvrの配線抵抗のα倍になるように、た
とえば配線層の膜厚が同じときけVccの配線幅をVε
にの配線幅の1/αになるようにする。ただし、電源V
ccから回路に流れる電流のすべて、かつそれのみが電
源Vzzに汗れ込むものとする。
VccとVvvの電源配線を並行に走らせ、かつVcc
の配線抵抗はvvrの配線抵抗のα倍になるように、た
とえば配線層の膜厚が同じときけVccの配線幅をVε
にの配線幅の1/αになるようにする。ただし、電源V
ccから回路に流れる電流のすべて、かつそれのみが電
源Vzzに汗れ込むものとする。
通常のF、 CL回路においては、上述したように高レ
ベルVowの電源電圧の変動補償が不可能であるため、
Vccを接地してできるだけ電圧降下を小さくする。つ
まり、VcCの電圧降下ΔVcはVtiの電圧降下ΔV
tの1/2くらいである。
ベルVowの電源電圧の変動補償が不可能であるため、
Vccを接地してできるだけ電圧降下を小さくする。つ
まり、VcCの電圧降下ΔVcはVtiの電圧降下ΔV
tの1/2くらいである。
そこで、たとえば、上記のαの値を172とする。
また、ベース電位v8゜□としてはチップ上でほぼ同一
の電位を与えるが、これは容易である。なぜならば、■
、。□の配線に流れるのはベース電流であり、しかもト
ランジスタ24の電流は、ECLのカレントスイッチの
電流、つまりトランジスタ5のコレクタ電流に比し1/
10<らいなので、結局、電源Vccや■にzVc流れ
る電流よりも3ケタくらい小さいからである。したがっ
て、V eomは一定と考えられ、トランジスタ24の
ベース・エミッタ間電圧vIIEを一定とすると、抵抗
21と25の比を1:2とすることによって、ΔV■の
1/2が抵抗21の電圧降下の変化として生じるように
でき、ΔVcを補償できる。補償用トランジスタ24に
流れる電流は抵抗25とV c o m。
の電位を与えるが、これは容易である。なぜならば、■
、。□の配線に流れるのはベース電流であり、しかもト
ランジスタ24の電流は、ECLのカレントスイッチの
電流、つまりトランジスタ5のコレクタ電流に比し1/
10<らいなので、結局、電源Vccや■にzVc流れ
る電流よりも3ケタくらい小さいからである。したがっ
て、V eomは一定と考えられ、トランジスタ24の
ベース・エミッタ間電圧vIIEを一定とすると、抵抗
21と25の比を1:2とすることによって、ΔV■の
1/2が抵抗21の電圧降下の変化として生じるように
でき、ΔVcを補償できる。補償用トランジスタ24に
流れる電流は抵抗25とV c o m。
値によって決められる。
具体的に数値を挙げて説明する。チップに供給される電
圧はVcc=OV、VEE=−3V とする。
圧はVcc=OV、VEE=−3V とする。
ECLの入力トランジスタ1〜3のコレクタの振幅は0
.5Vとする。つまり、カレントスイッチ電流(トラン
ジスタ5のコレクタ電流)が抵抗21゜22に流れて生
じる電圧降下は0.5Vとする。まの だ、電源電圧降下が最も大きい位置でVccは一〇、0
5V、Vttは−2,9vになるとする。したがって、
電源パッドに最も近<Vcc=OV。
.5Vとする。つまり、カレントスイッチ電流(トラン
ジスタ5のコレクタ電流)が抵抗21゜22に流れて生
じる電圧降下は0.5Vとする。まの だ、電源電圧降下が最も大きい位置でVccは一〇、0
5V、Vttは−2,9vになるとする。したがって、
電源パッドに最も近<Vcc=OV。
V+eg=3Vがほぼ正確に与えられているゲートでは
、0.05Vの電圧降下を上記の補償回路によって生じ
させればよい。また、Vccが−0,05V、Vvxが
−2,9Vになっている最悪のゲートでは、補償回路の
電流をほぼゼロにすればよい。
、0.05Vの電圧降下を上記の補償回路によって生じ
させればよい。また、Vccが−0,05V、Vvxが
−2,9Vになっている最悪のゲートでは、補償回路の
電流をほぼゼロにすればよい。
電源パッドの近くのゲートのとき、補償回路に流れる電
流をカレントスイッチの電流の1/1oにするとすると
、第5図の抵抗22はゼロにしなくてはならない。また
、上述したように、トランジスタ24のVatの変化を
無視すると、抵抗25は抵抗21の2倍とし、電圧降下
は0.IVとする必要がある。ただし、この例ではVI
Eの変化は無視し得す、これを考慮すると後述のように
、抵抗25は抵抗21とほぼ等しくシ、電圧降下はo、
osvに−する必要がある。VIIEは0.7 Vとす
ると、V cOmとしてはV ca、n= y 、、
+0.05−1−0.7=−2,25Vを与えればよい
。
流をカレントスイッチの電流の1/1oにするとすると
、第5図の抵抗22はゼロにしなくてはならない。また
、上述したように、トランジスタ24のVatの変化を
無視すると、抵抗25は抵抗21の2倍とし、電圧降下
は0.IVとする必要がある。ただし、この例ではVI
Eの変化は無視し得す、これを考慮すると後述のように
、抵抗25は抵抗21とほぼ等しくシ、電圧降下はo、
osvに−する必要がある。VIIEは0.7 Vとす
ると、V cOmとしてはV ca、n= y 、、
+0.05−1−0.7=−2,25Vを与えればよい
。
このときに、トランジスタ1〜3のコレクタ電流の高レ
ベルがどうなるかを示したのが第6図である。31は、
補償回路がない場合、32は本発明の補償回路を付加し
た場合である。3oは、補償回路の電流が抵抗21に流
れて生じる電圧降下Δvc′を示し、31からΔVc’
を引いて32が得られる。したがって、チップ上の位置
によって電源電圧降下がちがうことによる信号レベル(
特に高レベル)の変動を補償できることが分かる。
ベルがどうなるかを示したのが第6図である。31は、
補償回路がない場合、32は本発明の補償回路を付加し
た場合である。3oは、補償回路の電流が抵抗21に流
れて生じる電圧降下Δvc′を示し、31からΔVc’
を引いて32が得られる。したがって、チップ上の位置
によって電源電圧降下がちがうことによる信号レベル(
特に高レベル)の変動を補償できることが分かる。
次に温度依存性の補償について述べる。第5図の出力V
NORは、補償回路がない場合トランジスタ6のVm
zの温度依存性によって、高レベルは第7図の41.4
2のように温度が上がると上昇する。第6図の31で分
かるように、41け電源パッドに近いゲートの場合、4
2は遠いゲートの場合である。しかしながら、第5図の
ように本発明の補償回路を付加すると、vcomKは温
度依存性を持たせないようにすればトランジスタ240
ベース・エミッタ間電圧V8gの篇度衣存性がΔVc’
に現われ(本実施例では抵抗21と25が同じ値である
から、VIIEの湿度依存性とΔvc′の温度依存性は
逆符号で、絶対値は同じである。)、これとトランジス
タ60ペース・エミッタ間電圧Vlffiの依存性が打
ち消し合ってV NORの高レベルは温度依存性を持た
ないようにできる。つまり、第7図で41は43.42
は44のような依存性になる。なお、低レベルについて
は、カレントスイッチの電流の依存性にもよるが、第7
図では電流がチップ上の位置にも温度にも依存しない場
合を示し、45は高レベル41に対応する低レベル、4
6は高レベル42に21応する11&レベルである。
NORは、補償回路がない場合トランジスタ6のVm
zの温度依存性によって、高レベルは第7図の41.4
2のように温度が上がると上昇する。第6図の31で分
かるように、41け電源パッドに近いゲートの場合、4
2は遠いゲートの場合である。しかしながら、第5図の
ように本発明の補償回路を付加すると、vcomKは温
度依存性を持たせないようにすればトランジスタ240
ベース・エミッタ間電圧V8gの篇度衣存性がΔVc’
に現われ(本実施例では抵抗21と25が同じ値である
から、VIIEの湿度依存性とΔvc′の温度依存性は
逆符号で、絶対値は同じである。)、これとトランジス
タ60ペース・エミッタ間電圧Vlffiの依存性が打
ち消し合ってV NORの高レベルは温度依存性を持た
ないようにできる。つまり、第7図で41は43.42
は44のような依存性になる。なお、低レベルについて
は、カレントスイッチの電流の依存性にもよるが、第7
図では電流がチップ上の位置にも温度にも依存しない場
合を示し、45は高レベル41に対応する低レベル、4
6は高レベル42に21応する11&レベルである。
これらfltレベルは高レベルと同じく本発明の補IK
回路によりで、電源′電圧降下および温度によるレベル
変動が補償でき、45は47.46は48のような依存
性になる。
回路によりで、電源′電圧降下および温度によるレベル
変動が補償でき、45は47.46は48のような依存
性になる。
以上説明したように、本発明によれば論理回路の出力信
号レベルを、チップ上の電源配線抵抗による電圧降下や
温度に依存せづ“、きわめて一定のレベルにすることが
できる。
号レベルを、チップ上の電源配線抵抗による電圧降下や
温度に依存せづ“、きわめて一定のレベルにすることが
できる。
第1図は、電源バンドからの距離に対する電源1L圧の
変化を示す図、第2図はエミッタ結合論理回路の構成図
、第3図は、第2図の回路の信号レベルが電源パッドか
らの距離に依存して変動することを示す図、第4図、5
図は本発明の一実施例を示す図、第6図、第7図は、本
発明の詳細な説明するだめの図である。 1.2.3・・・ECL回路の入力用トランジスタ、4
・・・ECL回路の基準電圧用トランジスタ、5・・・
ECL回路の定電流源用トランジスタ、6.7・・・エ
ミッタフォロワ・トランジスタ、8,9.10゜11.
12,21.22・・・抵抗、24・・・補償用ト囁
(図 第 Z 図 囁 3 図 葛 4 図 第 5 図 第 7 図 待合農産(C)
変化を示す図、第2図はエミッタ結合論理回路の構成図
、第3図は、第2図の回路の信号レベルが電源パッドか
らの距離に依存して変動することを示す図、第4図、5
図は本発明の一実施例を示す図、第6図、第7図は、本
発明の詳細な説明するだめの図である。 1.2.3・・・ECL回路の入力用トランジスタ、4
・・・ECL回路の基準電圧用トランジスタ、5・・・
ECL回路の定電流源用トランジスタ、6.7・・・エ
ミッタフォロワ・トランジスタ、8,9.10゜11.
12,21.22・・・抵抗、24・・・補償用ト囁
(図 第 Z 図 囁 3 図 葛 4 図 第 5 図 第 7 図 待合農産(C)
Claims (1)
- 1、 正側電源に負荷抵抗を接続し、該負荷抵抗の他端
に接続された回路を経て負側筒1源に流れる電流が上記
負荷抵抗に生ぜしめる電圧の大きさにより論理値を決め
る論理回路において、上記負荷抵抗の適当に分割された
分割点にコレクタを接続し、エミッタ電流を上記負側電
源に流すようにした補償用トランジスタを設けると共に
、上記正側箱、源と負側電源の配線抵抗による電圧降下
が所定の比例関係になるよう互いに並行に正側電源線と
負側電源線を配線し、上記補償用トランジスタのベース
にはチップ上で同一の電位を与えることを特徴とする論
理回路の信号レベル変動補償回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11977082A JPS5911032A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 論理回路の信号レベル変動補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11977082A JPS5911032A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 論理回路の信号レベル変動補償回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5911032A true JPS5911032A (ja) | 1984-01-20 |
Family
ID=14769765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11977082A Pending JPS5911032A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 論理回路の信号レベル変動補償回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5911032A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0200570A2 (en) * | 1985-05-03 | 1986-11-05 | Advanced Micro Devices, Inc. | ECL circuits |
JPS62159914A (ja) * | 1986-01-09 | 1987-07-15 | Nec Corp | Eclコンパチブル出力回路 |
EP0258627A2 (en) * | 1986-09-02 | 1988-03-09 | International Business Machines Corporation | Logic level control for current switch emitter follower logic |
-
1982
- 1982-07-12 JP JP11977082A patent/JPS5911032A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0200570A2 (en) * | 1985-05-03 | 1986-11-05 | Advanced Micro Devices, Inc. | ECL circuits |
JPS62159914A (ja) * | 1986-01-09 | 1987-07-15 | Nec Corp | Eclコンパチブル出力回路 |
EP0258627A2 (en) * | 1986-09-02 | 1988-03-09 | International Business Machines Corporation | Logic level control for current switch emitter follower logic |
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