CN101075801B - 振荡电路 - Google Patents

Abstract

一种振荡电路，当第一充放电电路(10)结束放电时，第一充放电电路(10)的第一电容器(C1)的端子电压被初始化为电源电压Vdd，并且，第二充放电电路(20)开始放电。而且，当第二充放电电路(20)结束放电时，第二充放电电路(20)的第二点容器(C2)的端子电压被初始化为Vdd，并且，第一充放电电路(10)开始放电。第一和第二充放电电路(10、20)交替地反复初始化和充电，使得放电总是从电源电压Vdd开始。由此，提供一种抑制了振荡频率的电源电压依赖性的振荡电路。

Description

振荡电路

技术领域

本发明涉及振荡电路，尤其涉及一种通过进行电容器的充放电来得到振荡输出的振荡电路。

背景技术

一般在微型计算机等的半导体集成电路中，为了制作动作时钟而内置有振荡电路。下面对现有例的振荡电路进行说明。图5是振荡电路的电路图。

该振荡电路构成为包括：电容器C、对电容器C的节点N的电压进行检测的施密特反相器STV、施密特反相器STV的输出经由反相器INV输入到栅极的P沟道型MOS晶体管M1以及N沟道型MOS晶体管M2、与P沟道型MOS晶体管M1串联连接并流过基准电流I1的P沟道型MOS晶体管M3、和与N沟道型MOS晶体管M2串联连接并流过基准电流I1的N沟道型MOS晶体管M4。振荡电路的输出时钟由反相器INV得到。

图6是表示产生上述基准电流I1的基准电流电路的电路图。在赋予电源电压Vdd的电源端子和赋予接地电压GND的接地端子之间，串联连接有电阻R1(电阻值R1)和N沟道型MOS晶体管M5。N沟道型MOS晶体管M5，其栅极和漏极公共连接，源极被接地。如果将栅极源极之间电压设为Vgs1，则N沟道型MOS晶体管M5中流动基准电流I1。基准电流I1由数式1给定。

【数式1】

$\frac{\mathrm{Vdd}-\mathrm{Vgs}1}{R1}$

该基准电流I1在电流反射镜的N沟道型MOS晶体管M6中流动。而且，在与N沟道型MOS晶体管M6串联连接的P沟道型MOS晶体管M7中也流动基准电流I1。

并且，P沟道型MOS晶体管M7的栅极电压Va被施加到图5的P沟道型MOS晶体管M3的栅极；N沟道型MOS晶体管M6的栅极电压Vb被施加到图5的N沟道型MOS晶体管M4的栅极。

参照图7的波形图对该振荡电路的动作进行说明。设施密特反相器STV具有两个阈值Vt1、Vt2(Vt1＞Vt2)。当通过基准电流I1的充电使得节点N(电容器C的端子)的电压上升，而达到施密特反相器STV的阈值Vt1时，施密特反相器STV的输出反相为低，反相器INV的输出变为高，接受该信号后M2导通，M1截止。于是，当通过基准电流I1的放电使得电容器C的节点N的电压降低，而达到施密特反相器STV的阈值Vt2时，施密特反相器STV的输出反相为高，反相器INV的输出变为低，接受该信号后M2截止，M1导通。这样，再次开始通过基准电流I1的充电。通过这样反复进行充电和放电，可以从反相器INV得到输出时钟。

专利文献1：特开2003-69341号公报

可是，在由于电池的劣化等而使得施加于半导体集成电路的电源电压Vdd发生变动的情况下，希望内置于半导体集成电路的振荡电路的振荡频率不变动。但是，在现有例的振荡电路中，存在着振荡频率对电源电压的依赖性大的问题。

发明内容

本发明的振荡电路鉴于上述课题而提出，包括：基准电流电路，其产生基准电流，具备电阻以及MOS晶体管，该电阻以及MOS晶体管均串联连接在电源端子与接地端子之间，该MOS晶体管的栅极和漏极被公共连接；第一充放电电路，其具备第一电容器；对将第一电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作、和在第一电容器中流过基准电流的放电动作进行切换的第一开关电路；和对第一电容器的端子电压进行检测，并输出第一时钟的第一检测电路；第二充放电电路，其具备第二电容器；对将第二电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作、和在第二电容器中流过基准电流的放电动作进行切换的第二开关电路；和对第二电容器的端子电压进行检测，并输出第二时钟的第二检测电路；以及控制电路，其根据第一和第二时钟，按照第一和第二充放电电路交替地进行初始化动作和放电动作的方式，控制第一和第二开关电路。

根据本发明，如果第一充放电电路结束放电，则第一充放电电路的第一电容器的端子电压被初始化为电源电压，并且，第二充放电电路开始放电。然后，如果第二充放电电路结束放电，则第二充放电电路的第二电容器的端子电压被初始化为电源电压，并且，第一充放电电路开始放电。这样，第一和第二充放电电路交替地反复初始化和放电，使得放电总是从电源电压开始。由此，振荡频率的电源电压依赖性被抑制。

而且，被初始化的电源电压可以不是电源电压，将其设定为接地电压而从接地电压开始充电的构成也能够得到同样的效果。

(发明效果)

根据本发明的振荡电路，可以抑制振荡频率的电源电压依赖性。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所涉及的振荡电路的电路图。

图2是本发明第一实施方式所涉及的振荡电路的第一和第二充放电电路的电路图。

图3是本发明第一实施方式所述的振荡电路的动作波形图。

图4是本发明第二实施方式所涉及的振荡电路的电路图。

图5是现有例所涉及的振荡电路的电路图。

图6是基准电流电路的电路图。

图7是现有例所涉及的振荡电路的动作波形图。

图中：10-第一充放电电路，20-第二充放电电路，AP-缓冲放大器，C-电容器，C1-第一电容器，C2-第二电容器，CLK-输出时钟，CLK1-第一时钟，CLK2-第二时钟，EN1-第一放电使能信号，EN2-第二放电使能信号，I1、I2-基准电流，INV、INV1、INV2-反相器，KC1-第一检测电路，KC2-第二检测电路，M1、M3-P沟道型MOS晶体管，M2、M4-N沟道型MOS晶体管，M7、M10、M13-P沟道型MOS晶体管，M5、M6、M11、M12、M14-N沟道型MOS晶体管，M20、M21、M23、M24、M26-P沟道型MOS晶体管，M22、M25、M27-N沟道型晶体管，N、N1、N2-节点，R1-电阻，RSFF1-第一RS触发电路，RSFF2-第二RS触发电路，RSFF3-第三RS触发电路，STV-施密特反相器，SW1-第一开关电路，SW2-第二开关电路。

具体实施方式

参照图1～图3，对本发明第一实施方式的振荡电路进行说明。图1是振荡电路的电路图。图2(A)是第一充放电电路10的电路图，图2(B)是第二充放电电路20的电路图。

第一充放电电路10、第二充放电电路20在放电结束时分别输出第一时钟CLK1、第二时钟CLK2。第一时钟CLK1以及第二时钟CLK2被输入到第一RS触发电路RSFF1、第二RS触发电路RSFF2的置位端子、复位端子。

第一RS触发电路RSFF1的输出通过反相器INV1作为第一放电使能信号EN1被反馈输入到第一充放电电路10的第一开关电路SW1，并且，被输入到第三RS触发电路RSFF3的置位端子。同样，第二RS触发电路RSFF2的输出通过反相器INV2作为第二放电使能信号EN2被反馈输入到第二充放电电路20的第二开关电路SW2，并且，被输入到第三RS触发电路RSFF3的复位端子。

如图2(A)所示，第一充放电电路10具备：第一电容器C1、第一开关电路SW1和第一检测电路KC1。第一开关电路SW1构成为包括：构成反相器的P沟道型MOS晶体管M10以及N沟道型MOS晶体管M11、和与它们串联连接并流过由基准电流电路产生的基准电流I1的N沟道型MOS晶体管M12。基准电流电路与图6的电路相同。所述反相器被输入第一放电使能信号EN1。

第一开关电路SW1的输出与第一电容器C1的端子(节点N1)连接，并且，被输出到第一检测电路KC1。第一检测电路KC1是一种反相器，由串联连接的P沟道型MOS晶体管M13、N沟道型MOS晶体管M14构成。P沟道型MOS晶体管M13的栅极被施加基准电流电路的电压Va，流过基准电流I1。N沟道型MOS晶体管M14的栅极被施加第一开关电路SW1的输出。由此，第一检测电路KC1的阈值Vt3被设定为与基准电流电路的Vgs1相等(Vt3＝Vgs1)。而且，第一检测电路KC1的输出被施加到缓冲放大器AP，缓冲放大器AP的输出作为第一时钟CLK1被输出。

如图2(B)所示，第二充放电电路20是与第一充放电电路10相间的电路结构，对第二充放电电路20的第二开关电路SW2输入第二放电使能信号EN2。

接着，参照图3对该振荡电路的动作进行说明。当前如果设第一放电使能信号EN1为高、第二放电使能信号EN2为低，则在第一充放电电路10中，M10截止，M11导通，第一电容器C1通过基准电路I1被放电。另一方面，在第一充放电电路10进行放电动作的期间，第二充放电电路20被初始化。即，第二充放电电路20的第二电容器C2通过第二开关电路SW2而被充电，第二电容器C2的端子(节点N2)的电压被初始化为电源电压Vdd。

如果第一电容器C1的节点N1通过放电而从电源电压Vdd降低至Vt3，则第一检测电路KC1的输出反相为高，第一时钟CLK1变为高。于是，第一RS触发电路RSFF1以及第二RS触发电路RSFF2的输出反相，第一放电使能信号EN1变为低的同时，第二放电使能信号EN2变为高。

如果第一放电使能信号EN1变为低，则由于在第一充放电电路10中第一开关电路SW1的M10导通、M11截止，所以，第一电容器C1被充电，节点N1的电压被初始化为电源电压Vdd。

另外，如果第二放电使能信号EN2变为高，则在第二充放电电路20中，第二电容器C2通过基准电流I1开始放电。当第二电容器C2的节点N2从电源电压Vdd降低至Vt3时，第二检测电路KC2的输出反相为高，第二时钟CLK2变为高。于是，再次实现第二放电使能信号EN2变为低的同时，第一放电使能信号EN1变为高，第一充放电电路10开始放电动作，第二充放电电路20被初始化。

这样，第一充放电电路10、第二充放电电路20交替地重复初始化和放电，放电总是从电源电压Vdd开始。由此，可以抑制振荡频率的电源电压依赖性。由于节点N1、N2的初始电压总是电源电压Vdd，所以，一次放电所需要的时间t由数式2给定。

【数式2】

$t=\frac{C1\×(\mathrm{Vdd}-\mathrm{Vt}2)}{I1}$

这里，由于基准电流

由数式1给定，所以，如果将其带入数式2，则可以得到数式3。

【数式3】

$t=\frac{C1\×R1\×(\mathrm{Vdd}-\mathrm{Vt}2)}{\mathrm{Vdd}-\mathrm{Vgs}1}$

这里，如上所述，如果设定Vt2＝Vgs1，则如数式4所示，时间t的电源电压依赖性被消除。

【数式4】

t＝C1×R1

另外，虽然输出时钟CLK由第三RS触发电路RSFF3得到，但由于输出时钟CLK的高和低的周期分别由第一充放电电路10和第二充放电电路20的放电周期决定，所以，通过将这些第一充放电电路10和第二充放电电路20的CR时间常数设定为相等(C1×R1＝C2×R2)，可以不使用计数器地将输出时钟CLK的占空比(Duty)正确地设定为50％。

接着，对本发明第二实施方式的振荡电路进行说明。第一实施方式是将被初始化的电压设定为电源电压Vdd来进行放电的电路，通过构成将被初始化的电压设定为接地电压GND来进行充电的电路，也能够得到同样的效果。该情况下，只要将第一充放电电路构成如图4所示即可。对于第二充放电电路而言也同样。图4中，基准电流电路由晶体管的极性被反相的P沟道型MOS晶体管M20、M21、N沟道型MOS晶体管M22构成。

第一开关电路SW1构成为包括：流过来自基准电流电路的基准电流I2的P沟道型MOS晶体管M23、构成反相器的P沟道型MOS晶体管M24、N沟道型MOS晶体管M25。这里，基准电流I2由数式5给定。

【数式5】

$I2=\frac{\mathrm{Vdd}-\mathrm{Vgs}2}{R1}$

另外，第一检测电路KC1由串联连接的P沟道型MOS晶体管M26、N沟道型MOS晶体管M27构成。N沟道型MOS晶体管M27与基准电流电路的N沟道型MOS晶体管M22构成电流反射镜，流过基准电流I2。P沟道型MOS晶体管M26的栅极被施加第一开关电路SW1的输出。由此，第一检测电路ZC1的阈值

被设

流电路的相等。因此，第一充放电电路、第二充放电电路交替地反复初始化和放电，充电总是从接地电压GND开始。由此，与第一实施方式同样，可以抑制振荡频率的电源电压依赖性。

Claims (6)

1.一种振荡电路，其中包括：

基准电流电路，其产生基准电流，具备电阻以及MOS晶体管，该电阻以及MOS晶体管均串联连接在电源端子与接地端子之间，该MOS晶体管的栅极和漏极被公共连接；

第一充放电电路，其具备第一电容器；对将第一电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作、和在第一电容器中流过基准电流的放电动作进行切换的第一开关电路；和对第一电容器的端子电压进行检测，并输出第一时钟的第一检测电路；

第二充放电电路，其具备第二电容器；对将第二电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作、和在第二电容器中流过基准电流的放电动作进行切换的第二开关电路；和对第二电容器的端子电压进行检测，并输出第二时钟的第二检测电路；以及

控制电路，其根据第一和第二时钟，按照第一和第二充放电电路交替地进行初始化动作和放电动作的方式，控制第一和第二开关电路。

2.一种振荡电路，其中包括：

基准电流电路，其产生基准电流；

第一充放电电路，其具备第一电容器；对将第一电容器的端子电压初始化为接地电压的初始化动作、和在第一电容器中流过基准电流的充电动作进行切换的第一开关电路；和对第一电容器的端子电压进行检测，并输出第一时钟的第一检测电路；

第二充放电电路，其具备第二电容器；对将第二电容器的端子电压初始化为接地电压的初始化动作、和在第二电容器中流过基准电流的充电动作进行切换的第二开关电路；和对第二电容器的端子电压进行检测，并输出第二时钟的第二检测电路；以及

控制电路，其根据第一和第二时钟，按照第一和第二充放电电路交替地进行初始化动作和充电动作的方式，控制第一和第二开关电路。

3.根据权利要求2所述的振荡电路，其特征在于，

基准电流电路具备电阻以及MOS晶体管，该电阻以及MOS晶体管均串联连接在电源端子与接地端子之间，该MOS晶体管的栅极和漏极被公共连接。

4.根据权利要求1或3所述的振荡电路，其特征在于，

第一和第二检测电路的阈值设定为与MOS晶体管的栅极电压相等。

5.根据权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，

控制电路由分别被输入第一和第二检测电路的检测输出的第一和第二RS触发电路构成。

6.根据权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，

第一和第二检测电路由反相器构成。

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