CN101075802B - 振荡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振荡电路，充放电电路(10)为可对设定放电的初始电压的初始化动作和放电动作进行切换的电路，在放电结束时输出时钟CLK。时钟CLK被输入到RS触发器(RSFF)的置位端子。在RS触发器(RSFF)的复位端子，被输入将RS触发器(RSFF)的输出信号(/EN)通过延迟电路(20)延迟后的信号。RS触发器(RSFF)的输出信号(/EN)通过反相器(INV1)被反转而成为放电使能信号(EN)，该放电使能信号(EN)被输入到充放电电路(10)的切换电路(SW)。由此，充放电电路(10)交替地重复初始化动作和放电动作，放电动作通过初始化始终从电源电压(Vdd)开始进行。从而能够抑制振荡频率的电源电压依赖性。

Description

振荡电路

技术领域

本发明涉及振荡电路，尤其涉及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，为了生成动作时钟而内置有振荡电路。以下，对现有例的振荡电路进行说明。图5为振荡电路的电路图。

该振荡电路包括：电容器C、检测电容器C的节点N的电压的施密特反相器(inverter)STV、介由反相器INV将施密特反相器STV的输出输入到栅极的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、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为表示产生上述基准电流I1的基准电流电路的电路图。在供给电源电压Vdd的电源端子和供给接地电压GND的接地端子之间串联连接电阻R1(电阻值R1)和N沟道型MOS晶体管M5。N沟道型MOS晶体管M5的栅极和漏极公共连接，源极接地。设栅极源极间电压为Vgs1时，在N沟道型MOS晶体管M5中流过基准电流I1。基准电流I1由公式1提供。

(公式1)

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

该基准电流I1流过电流镜(current mirror)的N沟道型MOS晶体管M6。在此，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中也流过基准电流I1。

在此，P沟道型MOS晶体管M7的栅极电压Va被施加在图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被施加在图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。施密特反相器STV具有两个阈值Vt1、Vt2(Vt1＞Vt2)。通过基准电流I1所进行的充电，节点N(电容器C的端子)的电压上升，在达到施密特反相器STV的阈值Vt1时，施密特反相器STV的输出反转为低电平(low)，反相器INV的输出变为高电平，接收该高电平而M2导通，M1截止。于是，通过基准电流I1的放电，电容器C的节点N的电压下降，在达到施密特反相器STV的阈值Vt2时，施密特反相器STV的输出反转为高电平，反相器INV的输出变为低电平，接受该低电平而M2截止，M1导通。于是，再次开始基准电流I1的充电。通过如上述那样反复进行充电和放电，可从反相器INV得到输出时钟。

然而，通过电池的劣化等，在施加在半导体集成电路的电源电压Vdd变动的情况下，也优选内置在半导体集成电路的振荡电路的振荡频率不变动。然而，在现有例的振荡电路中存在振荡频率的电源电压依赖性大的问题。

专利文献1：特开2003-69341号公报

发明内容

本发明的振荡电路正是鉴于上述课题而提出的，其特征在于，上述振荡电路具备：基准电流电路，其产生基准电流；充放电电路，其具备电容器、切换电路和检测电路，上述切换电路对将上述电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作和使基准电流流过电容器的放电动作进行切换，上述检测电路对上述电容器的端子的电压进行检测并输出时钟；和控制电路，其对上述切换电路进行控制，以使按照上述时钟上述充放电电路开始初始化动作，在初始化动作结束后开始放电动作；上述控制电路具备延迟电路和触发器；向上述触发器的第一输入端子输入上述时钟，触发器的输出通过上述延迟电路后被输入到第二输入端子，将上述触发器的输出施加到上述切换电路。

根据本发明，充放电电路交替地重复初始化动作和放电动作，放电动作通过初始化始终从电源电压开始进行。由此，抑制了振荡频率的电源电压依赖性。

此外，构成为被初始化的电压不是电源电压，而是接地电压，从接地电压开始充电也能得到相同的效果。

(发明效果)

根据本发明的振荡电路，能够抑制振荡频率的电源电压依赖性。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式相关的振荡电路的电路图。

图2为本发明的第一实施方式相关的振荡电路的充放电电路的电路图。

图3为本发明的第一实施方式相关的振荡电路的动作波形图。

图4为本发明第二实施方式相关的振荡电路的电路图。

图5为现有例相关的振荡电路的电路图。

图6为基准电流电路的电路图。

图7为现有例相关的振荡电路的动作波形图。

图中：10-充放电电路；20-延迟电路；30-反转触发器；AP-缓冲放大器；C、C1-电容器；CLK-时钟；EN-放电使能信号；/EN-输出信号；I1、I2-基准电流；INV、INV1-反相器；KC-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MOS晶体管；N、N1-节点；R1-电阻；RSFF-RS触发器；STV-施密特反相器；SW-切换电路。

具体实施方式

参照附图1～3对本发明的第一实施方式的振荡电路进行说明。图1为振荡电路的电路图，图2为充放电电路10的电路图。

充放电电路10为可对设定放电的初始电压的初始化动作和放电动作进行切换的电路，在放电结束时输出时钟CLK。时钟CLK被输入到RS触发器RSFF的置位端子。在RS触发器RSFF的复位端子，被输入将RS触发器RSFF的输出信号/EN通过延迟电路20延迟后的信号。即该RS触发器RSFF通过时钟CLK的上升沿被置位，通过对RS触发器RSFF的输出延迟后的信号被复位。

RS触发器RSFF的输出信号/EN通过反相器INV1被反转而成为放电使能信号EN，该放电使能信号EN被输入到充放电电路10的切换电路SW。放电使能信号EN为高电平时，进行放电动作，为低电平时进行初始化动作。

RS触发器RSFF的输出信号/EN被输入到反转触发器(TFF：toggle flipflop)30的时钟输入端子CK，从该反转触发器30得到输出时钟。

如图2所示，充放电电路10具备电容器C1、切换电路SW、检测电路KC。切换电路SW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通过基准电流电路生成的基准电流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。将放电使能信号EN输入上述反相器。

切换电路SW的输出，与电容器C1的端子(节点N1)连接，并且被输入到检测电路KC。检测电路KC为一种反相器，包括被串联连接的P沟道型MOS晶体管M13、N沟道型MOS晶体管M14。对P沟道型MOS晶体管M13的栅极施加基准电流电路的电压Va，并流过基准电流I1。对P沟道型MOS晶体管M14的栅极施加切换电路SW的输出。由此，检测电路KC的阈值Vt3被设定为与基准电流电路的Vgs1相等(Vt3＝Vgs1)。并且，检测电路KC的输出被施加到缓冲放大器AP，缓冲放大器AP的输出作为时钟CLK被输出。

接下来，参照附图3对该振荡电路的动作进行说明。现在如果将放电使能信号EN设为高电平，则在充放电电路10中，M10截止，M11导通，电容器C1通过基准电流I1被放电。电容器C1的节点N1通过放电从电源电压Vdd降低到Vt3时，检测电路KC的输出被反转为高电平，时钟CLK成为高电平。

于是，RS触发器RSFF的输出信号/EN反转为高电平，放电使能信号EN成为低电平。放电使能信号EN成为低电平时，在充放电电路10中，切换电路SW的M10导通，M11截止，因此电容器C1被充电，节点N1的电压被初始化为电源电压Vdd 。

此外，通过RS触发器RSFF的反转该输出信号/EN变为高电平，该输出信号/EN通过延迟电路20被延迟。并且，该延迟时间后，RS触发器RSFF的输出信号/EN被反转为低电平，放电使能信号EN变为高电平，在充放电电路10中，电容器C1通过基准电流I1开始放电。在此，延迟电路20的上述延迟时间，比初始化所需要的时间长。

由此，在充放电电路10中，交替地重复初始化动作和放电动作，放电始终从电源电压Vdd开始。由此，能够抑制振荡频率的电源电压依赖性。节点N1的初始电压始终为电源电压Vdd，因此一次放电所需要的时间t由公式2提供。

(公式2)

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

在此，基准电流I1由公式1提供，将其代入公式2时，得到公式3。

(公式3)

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

在此，如上所述，如果设Vt2＝Vgs1，则如公式4所示，时间t的电源电压依赖性被消除。

(公式4)

t＝C1×R1

接下来，对本发明的第二实施方式的振荡电路进行说明。在第一实施方式中，为将被初始化的电压设定为电源电压并进行放电的电路，构成为将被初始化的电压设定为接地电压GND并进行充电的电路也能得到相同的效果。此时，也可如图4那样构成充放电电路。在图4中，基准电流电路，晶体管的极性反转，由P沟道型MOS晶体管M20、M21、N沟道型MOS晶体管M22构成。

切换电路SW包括流过来自基准电流发生电路的基准电流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。在此，基准电流I2由公式5提供。

(公式5)

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

此外，检测电路KC包括被串联连接的P沟道型MOS晶体管M26、N沟道型MOS晶体管M27。N沟道型MOS晶体管M27构成基准电流电路的N沟道型MOS晶体管M22和电流镜电路，流过基准电流I2。对P沟道型MOS晶体管M26的栅极施加切换电路SW的输出。由此，检测电路KC的阈值Vt3被设定为与基准电流电路的Vgs2相等。因此，充放电电路重复初始化和放电，充电始终从接地电压GND开始。由此，与第一实施方式相同，能够抑制振荡频率的电源电压依赖性。

Claims (7)

1.一种振荡电路，具备：

基准电流电路，其产生基准电流；

充放电电路，其具备电容器、切换电路和检测电路，上述切换电路对将上述电容器的端子电压初始化为电源电压的初始化动作和使基准电流流过电容器的放电动作进行切换，上述检测电路对上述电容器的端子的电压进行检测并输出时钟；和

控制电路，其对上述切换电路进行控制，以使按照上述时钟上述充放电电路开始初始化动作，在初始化动作结束后开始放电动作；

上述控制电路具备延迟电路和触发器；

向上述触发器的第一输入端子输入上述时钟，触发器的输出通过上述延迟电路后被输入到第二输入端子，将上述触发器的输出施加到上述切换电路。

2.一种振荡电路，具备

基准电流电路，其产生基准电流；

充放电电路，其具备电容器、切换电路和检测电路，上述切换电路对将上述电容器的端子电压初始化为接地电压的初始化动作和使基准电流流过电容器的放电动作进行切换，上述检测电路对上述电容器的端子的电压进行检测并输出时钟；和

控制电路，其对上述切换电路进行控制，以使按照上述时钟上述充放电电路开始初始化动作，在初始化动作结束后开始充电动作；

上述控制电路具备延迟电路和触发器；

向上述触发器的第一输入端子输入上述时钟，触发器的输出通过上述延迟电路后被输入到第二输入端子，将上述触发器的输出施加到上述切换电路。

3.根据权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，

上述触发器是RS触发器电路

4.根据权利要求3所述的振荡电路，其特征在于，

将反转触发器与上述RS触发器的输出连接。

5.根据权利要求1或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，上述电阻以及上述MOS晶体管串联连接在电源端子和接地端子之间，该MOS晶体管的栅极和漏极被公共连接。

6.根据权利要求5所述的振荡电路，其特征在于，

将检测电路的阈值设定为与MOS晶体管的栅极电压相等。

7.根据权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，

检测电路由反相器构成。

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