JPS5925423A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS5925423A JPS5925423A JP57135142A JP13514282A JPS5925423A JP S5925423 A JPS5925423 A JP S5925423A JP 57135142 A JP57135142 A JP 57135142A JP 13514282 A JP13514282 A JP 13514282A JP S5925423 A JPS5925423 A JP S5925423A
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- Japan
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- transistor
- npn bipolar
- bipolar transistor
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- npn
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- 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
- H03K19/02—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
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
- H03K19/0944—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
- H03K19/09448—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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】
本発明は半導体装置、とくに計算機用の高速・高集積論
理LSIに関するものである。
理LSIに関するものである。
従来高速性能が要求されるバイポーラ論理LSIでは、
論理回路としてCML回路、もしくはこれの出力にエミ
ッタ・フォロアをつけた回路が用いられている。この回
路は常に一定の電流を流しておくため消費電力も常に一
定となり、LSIの消費電力は集積度に比例して増加す
ることになる。現在数百ゲートの論理LSIでもすでに
放熱の制限を受けているので、今後集積度を上げる場合
にこの消費電力の増加は大きな障害となってくる。
論理回路としてCML回路、もしくはこれの出力にエミ
ッタ・フォロアをつけた回路が用いられている。この回
路は常に一定の電流を流しておくため消費電力も常に一
定となり、LSIの消費電力は集積度に比例して増加す
ることになる。現在数百ゲートの論理LSIでもすでに
放熱の制限を受けているので、今後集積度を上げる場合
にこの消費電力の増加は大きな障害となってくる。
一方低消費電力の点てはC−Mo8論理LSIがすぐれ
ており、このLSIでは信号処理を行っている回路だけ
が電力を消費し、定常状態の回路は電力を消費しないの
で、消費電力は飛躍的に低減される。
ており、このLSIでは信号処理を行っている回路だけ
が電力を消費し、定常状態の回路は電力を消費しないの
で、消費電力は飛躍的に低減される。
しかしMo8 +−ランジスタの負荷駆動能力はバイポ
ーラトランジスタの駆動能力に較べて劣るため、」二記
CML回路を用いたLSIに較べ高速性能の点で劣る欠
点がある。
ーラトランジスタの駆動能力に較べて劣るため、」二記
CML回路を用いたLSIに較べ高速性能の点で劣る欠
点がある。
われわれは消費電力が極めて小さく、かつ高速性能を有
する論理LSIとしてC−MOSトランジスタとnpn
およびpnpバイポーラトランジスタで構成した半導体
装置を考案した(実願昭56−148777号)・。
する論理LSIとしてC−MOSトランジスタとnpn
およびpnpバイポーラトランジスタで構成した半導体
装置を考案した(実願昭56−148777号)・。
この半導体装置はIV程度の低い電源電圧においても5
00 mV以」二の信号振幅が得られ、しかも高速性能
が達成される点に特徴がある。しかし」−記半導体装置
ではp、−Mo8 I−ランジスタおよびn−Mo8
)ランジスタとnpnバイポーラトランジスタおよびp
npバイポーラトランジスタの4種のトランジスタを用
いており、この半導体装置をLSIとして同一ウェーハ
」二に形成するには製造工程が複雑になる欠点がある。
00 mV以」二の信号振幅が得られ、しかも高速性能
が達成される点に特徴がある。しかし」−記半導体装置
ではp、−Mo8 I−ランジスタおよびn−Mo8
)ランジスタとnpnバイポーラトランジスタおよびp
npバイポーラトランジスタの4種のトランジスタを用
いており、この半導体装置をLSIとして同一ウェーハ
」二に形成するには製造工程が複雑になる欠点がある。
本発明は高速性能を有し消費電力が少ない半導体装置を
簡略化された工程で製造するために、p−Mo8 )ラ
ンジスタとn−Mo8 )ランジスタおよびnpnバイ
ポーラトランジスタの3種のトランジスタを用いて構成
した半導体装置で、定常的に流れる電流がなく、しかも
バイポーラトランジスタの大きな駆動能力を発揮させた
ことを特徴とする。
簡略化された工程で製造するために、p−Mo8 )ラ
ンジスタとn−Mo8 )ランジスタおよびnpnバイ
ポーラトランジスタの3種のトランジスタを用いて構成
した半導体装置で、定常的に流れる電流がなく、しかも
バイポーラトランジスタの大きな駆動能力を発揮させた
ことを特徴とする。
次に本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明による半導体装置の基本回路図、第2図
は上記回路の入力−出力特性を示す図、第3図は」1記
基本回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一
実施例を示す図である。第1図において第1のnpnバ
イポーラトランジスタ7のコレクタとp−Mo8 )ラ
ンジスタ4のソースを正電源3に接続し、p−Mo8
+−ランジスタ4のトレインと第1のn−MOSトラン
ジスタ5のドレインとを上記第1のnpnバイポーラト
ランジスタ7のベースに、また第1のn−MOSトラン
ジスタ5のソースを上記第1のnpnバイポーラトラン
ジスタ7のエミッタにそれぞれ接続し、p−Mo8 l
−ランジスタ4および第1のn−MOSトランジスタ5
のゲートを接続して入力端子とした回路と、第2のnp
nバイポーラトランジスタ8のコレクタと第2のn−M
o5トランジスタ6のゲートを接続し、該第2のn−M
o3I・ランジスタロのソースと第2のnpnバイポー
ラトランジスタ8のベースヲ接続し、該バイポーラトラ
ンジスタ8のエミッタを負電源9に接続して第2のn−
Mo8)ランジスタロのドレインを人力端子とする回路
を用い、それぞれの回路の人力端子を接続して共通の入
力端子1とし、第1のnpnバイポーラトランジスタ7
のエミッタと第2のnpnバイポーラトランジスタ8の
コレクタを接続して出力端子2としている。
は上記回路の入力−出力特性を示す図、第3図は」1記
基本回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一
実施例を示す図である。第1図において第1のnpnバ
イポーラトランジスタ7のコレクタとp−Mo8 )ラ
ンジスタ4のソースを正電源3に接続し、p−Mo8
+−ランジスタ4のトレインと第1のn−MOSトラン
ジスタ5のドレインとを上記第1のnpnバイポーラト
ランジスタ7のベースに、また第1のn−MOSトラン
ジスタ5のソースを上記第1のnpnバイポーラトラン
ジスタ7のエミッタにそれぞれ接続し、p−Mo8 l
−ランジスタ4および第1のn−MOSトランジスタ5
のゲートを接続して入力端子とした回路と、第2のnp
nバイポーラトランジスタ8のコレクタと第2のn−M
o5トランジスタ6のゲートを接続し、該第2のn−M
o3I・ランジスタロのソースと第2のnpnバイポー
ラトランジスタ8のベースヲ接続し、該バイポーラトラ
ンジスタ8のエミッタを負電源9に接続して第2のn−
Mo8)ランジスタロのドレインを人力端子とする回路
を用い、それぞれの回路の人力端子を接続して共通の入
力端子1とし、第1のnpnバイポーラトランジスタ7
のエミッタと第2のnpnバイポーラトランジスタ8の
コレクタを接続して出力端子2としている。
このような構成の半導体装置において、入力端子1の電
位がOVのときp−Mo8 )ランソスタ4が導通し、
第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベースに電流
が流れるので該第1のnpnバイポーラトランジスタ7
は導通する。一方策2のnpnバイポーラトランジスタ
8はベースの電位がOVであるため導通しない。この結
果出力端子2の電位(イ上昇し、正電源3の電圧Vcか
ら第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベース・エ
ミッタ順方向電圧Vlを差引いた値になる。入力端子1
の電圧を正電源電圧■cに切換えると、出力端子2の電
圧は最初vc−VBEであるから第2のn−Mo8 )
ランジスタロが導通しており、第2のnpnバイポーラ
トランジスタ8のベースに電流が流れ出力端子2の電位
を引下げようとする。一方p−MO8+−ランジスタ4
は非導通となるので第1のnpnバイポーラトランジス
タ7のベース電流は流れなくなり、第1のn−Mo8
l・ランジスタ5が導通するため、第1のnpnバイポ
ーラトランジスタ7のベースに蓄積された電荷が上記第
1のn−Mo3 トランジスタ5て抜取られ、該npn
バイポーラトランジスタ7は速やかに非導通となる。こ
の結果出力端子2の電位は急速に引下げられる。このと
きの出力端子2の電位は第2のn−Mo8 )ランシス
タロのしきい電圧■111と第2のnpnバイポーラト
ランジスタ8のベース・エミッタ順方向電圧V13ID
とにより定まりVlll’、+VIl+て与えられる。
位がOVのときp−Mo8 )ランソスタ4が導通し、
第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベースに電流
が流れるので該第1のnpnバイポーラトランジスタ7
は導通する。一方策2のnpnバイポーラトランジスタ
8はベースの電位がOVであるため導通しない。この結
果出力端子2の電位(イ上昇し、正電源3の電圧Vcか
ら第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベース・エ
ミッタ順方向電圧Vlを差引いた値になる。入力端子1
の電圧を正電源電圧■cに切換えると、出力端子2の電
圧は最初vc−VBEであるから第2のn−Mo8 )
ランジスタロが導通しており、第2のnpnバイポーラ
トランジスタ8のベースに電流が流れ出力端子2の電位
を引下げようとする。一方p−MO8+−ランジスタ4
は非導通となるので第1のnpnバイポーラトランジス
タ7のベース電流は流れなくなり、第1のn−Mo8
l・ランジスタ5が導通するため、第1のnpnバイポ
ーラトランジスタ7のベースに蓄積された電荷が上記第
1のn−Mo3 トランジスタ5て抜取られ、該npn
バイポーラトランジスタ7は速やかに非導通となる。こ
の結果出力端子2の電位は急速に引下げられる。このと
きの出力端子2の電位は第2のn−Mo8 )ランシス
タロのしきい電圧■111と第2のnpnバイポーラト
ランジスタ8のベース・エミッタ順方向電圧V13ID
とにより定まりVlll’、+VIl+て与えられる。
この値はOVであることが望ましい。しかし半導体装置
の製造条件等が変動しこの値が負の値になると第2のn
pnバイポーラトランジスタ8は飽和して高速性が損わ
れるので、多少正の値となるように設定することがより
望ましい。
の製造条件等が変動しこの値が負の値になると第2のn
pnバイポーラトランジスタ8は飽和して高速性が損わ
れるので、多少正の値となるように設定することがより
望ましい。
試作の結果では1■≧VBIう+■Lh≧0.2Vに設
定した場合に最もすぐれた特性を示した。また」−記の
動作をOhせるためにはp−Mo8 )ランジスタ4の
しきい電圧VIhにも制限がある。すなわち入力端子1
の電位がOVのときには導通しvcVliEのとき非導
通となることが必要で、このためp−Mo8 トランジ
スタ4ノVt11ハVC−VBE≧vt11≧VBIシ
テナケレハナラない。しかしながら高速性能を引出すた
めにはVlはできるだけ小さいことが望ましく、1十〇
、2Vに設定した場合に最もすぐれた高速性能が得られ
た。
定した場合に最もすぐれた特性を示した。また」−記の
動作をOhせるためにはp−Mo8 )ランジスタ4の
しきい電圧VIhにも制限がある。すなわち入力端子1
の電位がOVのときには導通しvcVliEのとき非導
通となることが必要で、このためp−Mo8 トランジ
スタ4ノVt11ハVC−VBE≧vt11≧VBIシ
テナケレハナラない。しかしながら高速性能を引出すた
めにはVlはできるだけ小さいことが望ましく、1十〇
、2Vに設定した場合に最もすぐれた高速性能が得られ
た。
一方策1のn−Mo8 トランジスタ5のしきい電圧V
+Mは入力端子1の電圧がOVのとき該第1のn−MO
Sトランジスタ5が非導通となり、Vc−VBEのとき
導通する範囲にあゝることか要求され +I:(Va−V13B) (V11+ Vo+a
))>Vt++>−(Vc−V+31q)でなければな
らない。試作の結果最も高速性能が得られた条件は−0
,2V>V+b> IVのときであった。この条件は第
2のn−Mo8 )ランジスタロのしきい電圧とよく一
致しており、第1および第2のn−MOSトランジスタ
5.6は同一のしきい電圧のトランジスタで形成でき、
このため製造工程が簡略化される。第2図は」−肥土導
体装置における入力端子1の電圧と出力端子2の電圧の
関係を測定した結果の一例を示す図である。図から明ら
かなように」−肥土導体装置は比較的低い電源電圧で動
作し、しかも大きな出力振幅の論理回路を得ることがで
きる。
+Mは入力端子1の電圧がOVのとき該第1のn−MO
Sトランジスタ5が非導通となり、Vc−VBEのとき
導通する範囲にあゝることか要求され +I:(Va−V13B) (V11+ Vo+a
))>Vt++>−(Vc−V+31q)でなければな
らない。試作の結果最も高速性能が得られた条件は−0
,2V>V+b> IVのときであった。この条件は第
2のn−Mo8 )ランジスタロのしきい電圧とよく一
致しており、第1および第2のn−MOSトランジスタ
5.6は同一のしきい電圧のトランジスタで形成でき、
このため製造工程が簡略化される。第2図は」−肥土導
体装置における入力端子1の電圧と出力端子2の電圧の
関係を測定した結果の一例を示す図である。図から明ら
かなように」−肥土導体装置は比較的低い電源電圧で動
作し、しかも大きな出力振幅の論理回路を得ることがで
きる。
第3図はモノリシックLSIに適用した論理回路の一実
施例を示す図で、実際に論理回路を構成する場合に要求
される多入力論理回路の例である。
施例を示す図で、実際に論理回路を構成する場合に要求
される多入力論理回路の例である。
3個のp−Mo8 )ランジスタ41.42.43を直
列に接続し、同数個の第1のn−Mo8 トランジスタ
51.52.53および第2のn−Mo8 トランジス
タ61.62.63をそれぞれ並列に接続し、p−Mo
8 )ランジスタ41.42.43の各ゲートと第1の
n−Mo8 トランジスタ51.52.53の各ゲート
と第2のn−Mo8 トランジスタ61.62.63の
各ドレインとを接続してそれぞれの入力端子11.12
.13ヲ構成し、p−Mo8 h ラン’) スタ41
のソースと第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
コレクタを正電源31に接続し、p−Mo5トランジス
タ43のトレインと第1のn−Mo8 トランジスタ5
1.52.53の各ドレインとを上記第1のnpnバイ
ポーラトランジスタ17のベースに接続し、第1のn−
MOSトランジスタ51.52.53のソースを」二記
第1のnpnバイポーラトランジスタ17のエミッタに
接続している。また第2のn−Mo8 トランジスタ6
1.62.63のソースを第2のnpnバイポーラトラ
ンジスタ18ノヘースニ、該バイポーラトランジスタ1
8ノエミツタを負電源にそれぞれ接続し、上記第2のn
−MOSトランジスタ61.62.63のゲートを第2
のnpnバイボーラトランンスタ18のコレクタに接続
し、きらに第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
エミッタとともに出力端子21に接続している。このよ
うに構成された半導体装置の各入力端子に接続されたそ
れぞれのトランジスタ回路の動作は」1記の実施例と同
様であり、定常的に流れる電流がな(低い電源電圧で動
作し大きな出力振幅の論理回路が得られる。なお本実施
例では代表的な3人力NOR回路を示しているが、入力
数の増減は自由であり、また入力端子の電位を特定の電
位に固定するだけで入力数を1または2とすることもで
きる。
列に接続し、同数個の第1のn−Mo8 トランジスタ
51.52.53および第2のn−Mo8 トランジス
タ61.62.63をそれぞれ並列に接続し、p−Mo
8 )ランジスタ41.42.43の各ゲートと第1の
n−Mo8 トランジスタ51.52.53の各ゲート
と第2のn−Mo8 トランジスタ61.62.63の
各ドレインとを接続してそれぞれの入力端子11.12
.13ヲ構成し、p−Mo8 h ラン’) スタ41
のソースと第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
コレクタを正電源31に接続し、p−Mo5トランジス
タ43のトレインと第1のn−Mo8 トランジスタ5
1.52.53の各ドレインとを上記第1のnpnバイ
ポーラトランジスタ17のベースに接続し、第1のn−
MOSトランジスタ51.52.53のソースを」二記
第1のnpnバイポーラトランジスタ17のエミッタに
接続している。また第2のn−Mo8 トランジスタ6
1.62.63のソースを第2のnpnバイポーラトラ
ンジスタ18ノヘースニ、該バイポーラトランジスタ1
8ノエミツタを負電源にそれぞれ接続し、上記第2のn
−MOSトランジスタ61.62.63のゲートを第2
のnpnバイボーラトランンスタ18のコレクタに接続
し、きらに第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
エミッタとともに出力端子21に接続している。このよ
うに構成された半導体装置の各入力端子に接続されたそ
れぞれのトランジスタ回路の動作は」1記の実施例と同
様であり、定常的に流れる電流がな(低い電源電圧で動
作し大きな出力振幅の論理回路が得られる。なお本実施
例では代表的な3人力NOR回路を示しているが、入力
数の増減は自由であり、また入力端子の電位を特定の電
位に固定するだけで入力数を1または2とすることもで
きる。
本発明の半導体装置は上記のように定常的に流れる電流
がなく、過渡時にはnpnバイポーラトランジスタが有
する大きな駆動能力が十分に発揮されるため、低消費電
力でかつ高速性能がすぐれたLSIを得ることができ、
論理LSIの高集積化に寄与することができる。また本
半導体装置はp−MOSトランジスタとn−Mo8 )
ランジスタおよびnpnハイボーラトランンスタの3種
のトランジスタて構成されているから、LSIとして同
一ウェーハ上に形成する製造工程か、4種のトランジス
タて構成される従来のものに較べ10〜20%短縮され
、さらに第1および第2のn−MOS ’pランジスタ
は同じしきい電圧のトランジスタで形成できるため工程
が簡略化され極めて実用性が高い半導体装置を得ること
ができる。
がなく、過渡時にはnpnバイポーラトランジスタが有
する大きな駆動能力が十分に発揮されるため、低消費電
力でかつ高速性能がすぐれたLSIを得ることができ、
論理LSIの高集積化に寄与することができる。また本
半導体装置はp−MOSトランジスタとn−Mo8 )
ランジスタおよびnpnハイボーラトランンスタの3種
のトランジスタて構成されているから、LSIとして同
一ウェーハ上に形成する製造工程か、4種のトランジス
タて構成される従来のものに較べ10〜20%短縮され
、さらに第1および第2のn−MOS ’pランジスタ
は同じしきい電圧のトランジスタで形成できるため工程
が簡略化され極めて実用性が高い半導体装置を得ること
ができる。
第1図は本発明による半導体装置の基本回路図第2図は
上記回路の人力−出力特性を示す図、第3図は上記基本
回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一実施
例を示す図である。 1・・・入力端子 2・・・出力端子3・・・正
電源 4・・・p−MOSトランジスタ5・・
・第1のn−MOS )ランジスタロ・・・第2のn−
MOS トランジスタ7・・・第1のnpnバイポーラ
トランンスタ8・・・第2のnpnバイポーラトランジ
スタ9・・負電源 11.12.13・・・入
力端子41.42.43・・・p−MOS l−ランジ
スタ51.52.53−・・第1のn−MOSトランジ
スタ61.62.63・・第2のn−MOS)ランジス
タ11図 才2図 へ力電瓜V’n (V)
上記回路の人力−出力特性を示す図、第3図は上記基本
回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一実施
例を示す図である。 1・・・入力端子 2・・・出力端子3・・・正
電源 4・・・p−MOSトランジスタ5・・
・第1のn−MOS )ランジスタロ・・・第2のn−
MOS トランジスタ7・・・第1のnpnバイポーラ
トランンスタ8・・・第2のnpnバイポーラトランジ
スタ9・・負電源 11.12.13・・・入
力端子41.42.43・・・p−MOS l−ランジ
スタ51.52.53−・・第1のn−MOSトランジ
スタ61.62.63・・第2のn−MOS)ランジス
タ11図 才2図 へ力電瓜V’n (V)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 +11 第1のnpn バイポーラトランジスタのコ
レクタとp−Mo8 )ランジスタのソースとを正電源
に、」1記p−MO8トランジスタのドレインと第1の
n−MOSトランジスタのドレインとを第1のnpnバ
イポーラトランジスタのベースに、また第1のn−Mo
5トランジスタのソースを第1のnpnバイポーラトラ
ンジスタのエミッタにそれぞれ接続し、さらに」1記p
−MO8トランジスタおよび第1のn−Mo8 )ラン
ジスタのゲートを接続してこれを入力端子とする回路と
、第2のnpnバイポーラトランジスタのコレクタを第
2のn−MOSトランジスタのゲートに、第2のnpn
バイポーラトランジスタのベースを第2のn−MOSト
ランジスタのソースに接続し、第2のnpnバイポーラ
トランジスタのエミッタを負電源にそれぞれ接続し、第
2の叶MOSトランンスタのドレインを入力端子とする
回路を備え、上記各回路の入力端子を相互に接続して共
通の入力端子とし、第1のnpnバイポーラトランジス
タのエミッタと第2のnpnバイポーラトランジスタの
コレクタとを接続して出力端子とした半導体装置。 (2)複数のp−Mo8 )ランジスタを直列接続し、
同数の第1および第2のn−Mo8 トランジスタをそ
れぞれ並列接続し、上記MOSトランジスタ中のp−M
o8 トランジスタのゲートと第1のn−Mo8 トラ
ンジスタのゲートと第2のn−MOSトランジスタのド
レインを、1個ずつ相互に接続してそれぞれ共通の入力
端子とした特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57135142A JPS5925423A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57135142A JPS5925423A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5925423A true JPS5925423A (ja) | 1984-02-09 |
Family
ID=15144782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57135142A Pending JPS5925423A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5925423A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0177338A2 (en) * | 1984-10-02 | 1986-04-09 | Fujitsu Limited | Logical gate circuit |
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