CN104079287B - 输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体 - Google Patents

Abstract

本发明提供输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体，尽管使用MOS型的输出晶体管也能不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。输出电路包括：第1电路（13），其根据基准电压生成基于电阻比的第1输出电压；第2电路（14），其将第1输出电压和设定输出信号的第2输出电压的第2晶体管的源极电压进行比较，生成使第1晶体管输出第2输出电压的输出栅极电压；以及第3电路（15），其根据输入控制信号控制向第1晶体管施加输出栅极电压的时机。

Description

输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体

技术领域

本发明涉及输出电路、半导体集成电路、振动器件、电子设备和移动体等。

背景技术

近年来，存在很多用于以高的数据速率进行串行通信的标准，例如使用了PECL（Positive Emitter Coupled Logic：正射极耦合逻辑）、LVPECL（Low Voltage PECL，低电压PECL）。并且，还存在很多符合这些标准的输出电路，在集成电路装置（IntegratedCircuit，IC）等中使用。例如，PECL输出电路在包括振荡电路的集成电路中使用，根据振荡信号输出PECL的差动信号。

一般，在PECL输出电路中，输出晶体管使用双极型的NPN晶体管（例如，参照专利文献1）。双极型的晶体管由于动作高速，因而适于高速串行传输。

【专利文献1】日本特开2001－320267号公报

【专利文献2】美国专利申请公开第2009/0140768号说明书

这样的PECL输出电路需要通过BiCMOS工艺来制造。然而，在使用BiCMOS工艺的情况下，与MOS工艺相比，工艺成本变高，结果，包括PECL输出电路的集成电路装置自身的成本上升。

在专利文献2的发明中，输出晶体管采用MOS型的晶体管（例如，参照专利文献2的图8B），能够通过MOS工艺来制造。然而，在使用MOS型晶体管的情况下，其阈值通常产生制造偏差（例如，±0.1V左右）。因此，使专利文献2的发明的PECL输出电路的输出电压保持在PECL的标准内是困难的。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，根据本发明的几个方式，可提供尽管使用MOS型的输出晶体管也能不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压的输出电路、半导体集成电路、振动器件、电子设备、移动体等。

本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例来实现。

［应用例1］

本应用例涉及的输出电路将MOS型的第1晶体管作为输出级，该MOS型的第1晶体管的漏极端子被施加电源电压，从源极端子输出输出信号，所述输出电路包括：第1电路，其根据基准电压生成基于电阻比的第1输出电压；第2电路，其将所述第1输出电压和第2晶体管的源极电压进行比较，生成使所述第1晶体管输出所述输出信号的第2输出电压的输出栅极电压，其中，该第2晶体管设定所述第2输出电压；以及第3电路，其根据输入控制信号控制向所述第1晶体管施加所述输出栅极电压的时机。

本应用例涉及的输出电路将从源极跟随器结构的MOS型的第1晶体管作为输出级。并且，输出电路包括：第1电路，其生成第1输出电压；第2电路，其根据第1输出电压和复制的输出信号的输出电压生成输出栅极电压；以及第3电路，其根据输入控制信号控制向第1晶体管施加输出栅极电压。另外，第1晶体管对应于上述的输出晶体管。

第1电路生成的第1输出电压例如可以是与在规范或标准中规定的高电平或低电平对应的电压。

而且，第2电路生成的输出栅极电压是施加给第1晶体管的栅极端子的电压。此时，根据复制的输出信号的输出电压和第1输出电压调整输出栅极电压。例如，以使它们的电压差消失的方式调整输出栅极电压。

此时，第2电路包括用于输出信号的输出电压复制的电路，而该电路的晶体管与第1晶体管同样地发生偏差。因此，能够与制造偏差无关地使输出信号的输出电压成为第2输出电压（例如，与在标准中规定的高电平或低电平对应的电压）。

而且，第3电路可根据输入控制信号，控制对第1晶体管施加输出栅极电压，从第1晶体管的源极端子输出例如高电平或低电平的第2输出电压。因此，本应用例涉及的输出电路尽管使用MOS型的第1晶体管，但也能够不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。第3电路可以是包含例如传输门（transmission gate）的结构，也可以是包括选择性地输出例如2个输出栅极电压的反相器或缓冲器等的结构。

［应用例2］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述第2电路可以包括所述第1晶体管的复制电路。

［应用例3］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述复制电路可以包括：复制晶体管，其漏极端子被施加电源电压；和电流源，其与所述复制晶体管的源极端子连接，所述第2电路以使所述复制晶体管的源极端子的电压和所述第1输出电压一致的方式，生成复制晶体管调整电压，该复制晶体管调整电压是所述复制晶体管的栅极电压，将所述复制晶体管调整电压作为所述输出栅极电压。

［应用例4］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述复制电路可以包括尺寸比所述第1晶体管小的所述复制晶体管。

本应用例涉及的输出电路的第2电路可以包括第1晶体管的复制电路。第2电路通过包括第1晶体管的复制电路，可准确进行输出信号的输出电压的复制。

这里，复制电路可以包括：复制晶体管，其漏极端子被施加电源电压；和电流源，其与复制晶体管的源极端子连接。复制晶体管复制了第1晶体管，可以是相同尺寸的晶体管，而优选的是以规定的比率缩小尺寸后的晶体管。此时，可抑制复制电路的功耗。

并且，电流源复制了在输出电路的外部附加的负载电路。本应用例涉及的输出电路即使在用作可使用多个电源电压的标准（例如PECL）的输出电路的情况下，也能够通过复制不依赖于电源电压的电流来扩大使用范围。

而且，第2电路以使复制晶体管的源极端子的电压和第2输出电压一致的方式，生成作为复制晶体管的栅极电压的复制晶体管调整电压。这里，复制晶体管的源极端子的电压对应于输出信号的输出电压。因此，通过将复制晶体管调整电压设为输出栅极电压，本应用例涉及的输出电路能够准确实现期望的输出电压。

［应用例5］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述输出信号可以取第1电平和不同于所述第1电平的第2电平中的至少一个作为信号电平，所述第1电路生成与所述第1电平、所述第2电平的所述输出信号对应的所述第1输出电压，所述第2电路生成与所述第1电平、所述第2电平的所述输出信号对应的作为所述输出栅极电压的第1输出栅极电压、第2输出栅极电压，所述第3电路根据所述输入控制信号，选择所述第1输出栅极电压和所述第2输出栅极电压中的一方而施加给所述第1晶体管。

［应用例6］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述输出信号可以是多个。

［应用例7］

在上述应用例涉及的输出电路中，所述输出信号可以是差动输出。

本应用例涉及的输出电路取第1电平和第2电平作为输出信号的信号电平。第1电平、第2电平例如可以对应于数字输出信号的高电平、低电平，然而不限于此。此时，第1电路针对第1电平、第2电平分别生成第1输出电压。第2电路使用2个第1输出电压，生成与第1电平、第2电平分别对应的输出栅极电压即第1输出栅极电压、第2输出栅极电压。

然后，第3电路根据输入控制信号，选择第1输出栅极电压和第2输出栅极电压中的一方而施加给第1晶体管。在对第1晶体管的栅极端子施加了第1输出栅极电压的情况下，输出信号的输出电压成为与第1电平（例如，高电平）对应的第2输出电压。并且，在对第1晶体管的栅极端子施加了第2输出栅极电压的情况下，输出信号的输出电压成为与第2电平（例如，低电平）对应的第2输出电压。这样，本应用例涉及的输出电路可以分别针对多个信号电平，不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。另外，多个信号电平可以是3个以上。

输出电路可以输出多个输出信号。而且，这些输出信号可以是差动输出。例如，输出电路可以是PECL输出电路，可以输出同相信号和反相信号这2个输出信号。并且，可以具有多个这样的通道。此时，本应用例涉及的输出电路能够不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压，因而可实现高品质的多输出电路、差动输出电路。

［应用例8］

本应用例涉及的半导体集成电路包括：上述应用例涉及的输出电路；和振荡电路，其使振荡元件振荡来生成振荡信号，所述输出电路将所述振荡信号用作所述输入控制信号。

［应用例9］

本应用例涉及的振动器件包括：所述应用例涉及的半导体集成电路；和所述振荡元件。

本应用例涉及的半导体集成电路、振动器件包括振荡电路和所述的输出电路，可生成基于来自振荡电路的振荡信号的输出信号（以下，也称为时钟信号）。因此，本应用例涉及的半导体集成电路、振动器件能够不受制造偏差的影响地输出期望的输出电压的时钟信号。另外，振动器件是检测物理量的装置，可以输出期望的输出电压的物理量信号等。

［应用例10］

本应用例涉及的电子设备包括所述应用例涉及的半导体集成电路。

［应用例11］

本应用例涉及的移动体包括所述应用例涉及的半导体集成电路。

本应用例涉及的电子设备、移动体包括上述的半导体集成电路，可利用不受制造偏差的影响的期望的输出电压的时钟信号等。因此，可实现可靠性高的电子设备、移动体。

附图说明

图1是示出本实施方式的输出电路的结构例的图。

图2是使包括本实施方式的输出电路和振荡电路的半导体集成电路与振荡元件连接的图。

图3的（A）、图3的（B）是说明终端电路（termination circuit）的图。

图4的（A）、图4的（B）是对复制电路的设计进行说明的图。

图5的（A）、图5的（B）是示出振动器件的结构例的图。

图6是电子设备的功能框图。

图7是示出电子设备的外观的一例的图。

图8是示出移动体的一例的图。

图9是示出现有的输出电路的例子的电路图。

图10是示出现有的输出电路的另一例的电路图。

标号说明

10半导体集成电路；11输出电路；12振荡电路；13第1电路；14第2电路；15第3电路；20石英振荡器；24反相器；25反相器；26石英振子；41固定电容；42固定电容；200振动器件；210半导体集成电路；211输出电路；212振荡电路；220温度传感器；230振荡元件；240传感器元件；250检测电路；300电子设备；320CPU；330操作部；340ROM；350RAM；360通信部；370显示部；380声音输出部；400移动体；410振荡部；420控制器；450电池；460备用电池；1011A输出电路；1011B输出电路；1013前级电路；1015后级电路；A1误差放大器；A2误差放大器；Ar误差放大器；DO同相输出信号；DOb反相输出信号；GT栅极；I1电流；I2电流；Ir电流；Is电流；L0栅极长度；N1晶体管；N2晶体管；N3复制晶体管；N4电流源；N5复制晶体管；N6电流源；N9输出晶体管；N10输出晶体管；N11晶体管；N13晶体管；P1晶体管；P2晶体管；P3晶体管；P4晶体管；Q1NPN晶体管；Q2NPN晶体管；R1电阻；R2电阻；RE1复制电路；RE2复制电路；Rf反馈电阻；Rr电阻；S同相振荡信号；Sb反相振荡信号；V1第1输出电压；V2第1输出电压；Vc频率控制电压；Vdd电源电压；VgH输出栅极电压；VgL输出栅极电压；Vr基准电压；VsH源极电压；VsL源极电压；Vth阈值电压；W0栅极宽度。

具体实施方式

以下，使用附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，以下说明的实施方式并非不当地限定权利要求所述的本发明的内容。并且，以下说明的所有结构不一定是本发明的必须构成要件。

1.输出电路、半导体集成电路

［输出电路的结构］

图1是示出本实施方式的输出电路11的结构例的图。输出电路11构成后述的半导体集成电路10的输出级，根据同相振荡信号S、反相振荡信号Sb，输出作为PECL（PositiveEmitter Coupled Logic，正射极耦合逻辑）的差动输出信号的同相输出信号DO、反相输出信号DOb。另外，同相振荡信号S、反相振荡信号Sb对应于本发明的输入控制信号，同相输出信号DO、反相输出信号DOb对应于本发明的输出信号。另外，以下，在无需对同相输出信号DO和反相输出信号DOb进行区分的情况下，简单表现为“输出电路11的输出信号”。

输出电路11包括MOS型的输出晶体管N9、N10，输出晶体管N9、N10的漏极端子被施加电源电压Vdd，分别从源极端子输出同相输出信号DO、反相输出信号DOb。并且，输出电路11包括第1电路13、第2电路14、第3电路15。输出晶体管N9、N10对应于本发明的第1晶体管。

第1电路13生成输出电路11的输出信号的第1输出电压V1、V2。第1输出电压V1、V2分别是基于PECL标准的差动输出信号的高电平、低电平的电压。输出电路11的输出信号被要求不受例如制造偏差的影响地取第1输出电压V1或第1输出电压V2。以下，说明第1电路13的结构。

如图1所示，第1电路13包含稳定的基准电压Vr。基准电压Vr例如可使用带隙基准电路等来实现。第1电路13的误差放大器Ar调整晶体管P1的栅极电压，在反相输入端子和同相输入端子的电压大致相等的状态下保持平衡。因此，假定与晶体管P1连接的电阻（以下是电阻Rr）的电阻值是Rr，流过晶体管P1的电流Ir可以表示为式（1）。

并且，图1的晶体管P2是与晶体管P1相同的形状，电流Ir也流过晶体管P2。并且，与晶体管P2连接的晶体管N1和晶体管N2构成电流镜。此时，镜比是1，电流Ir也流过晶体管N2。另外，镜比也可以是1以外的值。

由于电流Ir流过与晶体管N2串联连接的电阻值是R1的电阻（以下是电阻R1）、电阻值是R2的电阻（以下是电阻R2），因而产生电压降。即，第1电路13生成由PECL的标准规定的高电平的第1输出电压V1和低电平的第1输出电压V2。第1输出电压V1、V2由以下的式（2）、式（3）给出。

第1输出电压V1、V2基于电源电压Vdd、稳定的基准电压Vr、电阻Rr、电阻R1、电阻R2的电阻比，因而不受制造偏差影响，可得到高精度。也就是说，由于电阻Rr、电阻R1、电阻R2以相同方式发生偏差，因而基于它们的电阻比的第1输出电压V1、V2不受制造偏差影响。

然后，第2电路14复制输出电路11的输出信号的输出电压。然后，根据第1输出电压V1、V2和复制的输出电压，生成输出栅极电压VgH、VgL，输出栅极电压VgH、VgL成为输出晶体管N9、N10的栅极电压。也就是说，第2电路14生成使输出晶体管N9、N10（对应于本发明的第1晶体管）输出输出电压（对应于本发明的第2输出电压）的输出栅极电压VgH、VgL。以下，对第2电路14的结构进行说明。

第2电路14从第1电路13接收高电平的第1输出电压V1、低电平的第1输出电压V2。然后，生成输出栅极电压VgH，该输出栅极电压VgH使得输出电路11的输出信号的输出电压成为第1输出电压V1。并且，还生成输出栅极电压VgL，该输出栅极电压VgL使得输出电路11的输出信号的输出电压成为第1输出电压V2。

例如，在对输出晶体管N9的栅极端子施加了输出栅极电压VgH的情况下，同相输出信号DO的输出电压成为第1输出电压V1（信号电平是高电平）。此时，对输出晶体管N10的栅极端子施加输出栅极电压VgL，反相输出信号DOb的输出电压成为第1输出电压V2（信号电平是低电平）。这里，由于输出晶体管N9、N10是相同的形状尺寸，因而第2电路14无需针对输出晶体管N9、N10分别生成输出栅极电压VgH、VgL。

第2电路14包括复制电路RE1、RE2，复制电路RE1、RE2复制了输出晶体管N9和输出晶体管N10。利用复制电路RE1、RE2复制输出电路11的输出信号的输出电压。复制电路RE1用于生成输出栅极电压VgH，复制电路RE2用于生成输出栅极电压VgL。

复制电路RE1包括：复制晶体管N3（对应于本发明的第2晶体管），其漏极端子被施加电源电压Vdd；和电流源N4，其与复制晶体管N3的源极端子连接。复制晶体管N3复制了输出晶体管N9（和输出晶体管N10）。并且，电流源N4复制了在输出电路11的外部附加的负载电路（参照图3的（A）、图3的（B））。另外，本实施方式的电流源N4利用使晶体管在饱和状态下动作时的恒定电流。

这里，与输出晶体管N9、输出晶体管N10相比，复制晶体管N3的尺寸较小。尺寸较小，具体地说，表示尺寸比即（栅极宽度/栅极长度）的比率较小。例如，复制晶体管N3的栅极长度L0（参照图4的（A）、图4的（B））与输出晶体管N9、输出晶体管N10相同。另一方面，复制晶体管N3的栅极宽度W0（参照图4的（A）、图4的（B））可以设计得比输出晶体管N9和输出晶体管N10小，例如使尺寸比为几十分之一左右。

此时，能够利用复制了输出晶体管N9和输出晶体管N10的复制电路RE1，准确复制输出电路11的输出信号的输出电压，另一方面，能够根据尺寸比减小复制电路RE1的电流I1。因此，可抑制复制电路RE1内的功耗。

第2电路14能够利用复制晶体管N3的源极端子的电压（以下是源极电压VsH）复制在取高电平的情况下的输出电路11的输出信号的输出电压。并且，第2电路14通过误差放大器A1检测源极电压VsH与第1输出电压V1之差。而且，如图1所示，将误差放大器A1的输出作为复制晶体管N3的栅极电压（本发明的复制晶体管调整电压）。通过将源极电压VsH反馈给误差放大器A1，最终，源极电压VsH和第1输出电压V1相等，将此时的误差放大器A1的输出（即，复制晶体管调整电压）作为输出栅极电压VgH。

此时，栅极端子被施加输出栅极电压VgH的复制晶体管N3的源极电压VsH等于高电平的第1输出电压V1。于是，由于复制电路RE1复制了输出晶体管N9、输出晶体管N10，因而源极电压VsH对应于同相输出信号DO、反相输出信号DOb的输出电压。因此，在输出栅极电压VgH被施加给输出晶体管N9、N10的栅极端子的情况下，同相输出信号DO、反相输出信号DOb的输出电压等于第1输出电压V1。

关于复制电路RE2，由于是与复制电路RE1相同的结构，因而省略说明。也就是说，通过将复制电路RE1的说明中的复制晶体管N3、电流源N4、电流I1、源极电压VsH、误差放大器A1、第1输出电压V1、输出栅极电压VgH分别置换成复制晶体管N5、电流源N6、电流I2、源极电压VsL、误差放大器A2、第1输出电压V2、输出栅极电压VgL，则成为复制电路RE2的说明。另外，复制晶体管N5对应于本发明的第2晶体管。

另外，复制电路RE2独立于复制电路RE1，例如可以使输出晶体管N9和输出晶体管N10的尺寸比不同。例如，复制晶体管N3的尺寸比可以是1/60，复制晶体管N5的尺寸比可以是1/15。

然后，第3电路15根据同相振荡信号S、反相振荡信号Sb控制向输出晶体管N9、N10施加输出栅极电压VgH、VgL。以下，对第3电路15的结构进行说明。

如图1所示，第3电路15包括：由晶体管P3、N7构成的切换开关（以下称为第1切换开关）、和由晶体管P4、N8构成的切换开关（以下称为第2切换开关）。第1切换开关、第2切换开关都输出输出栅极电压VgH或输出栅极电压VgL。

第1切换开关根据所输入的同相振荡信号S的信号电平，向输出晶体管N9的栅极端子施加输出栅极电压VgH或输出栅极电压VgL。另外，第2切换开关根据所输入的反相振荡信号Sb的信号电平，向输出晶体管N10的栅极端子施加输出栅极电压VgH或输出栅极电压VgL。

此时，同相振荡信号S和反相振荡信号Sb具有相互不同的信号电平，例如在同相振荡信号S是低电平的情况下，反相振荡信号Sb是高电平。在该情况下，对输出晶体管N9的栅极端子施加输出栅极电压VgH，同相输出信号DO的输出电压等于第1输出电压V1。然后，对输出晶体管N10的栅极端子施加输出栅极电压VgL，反相输出信号DOb的输出电压等于第1输出电压V2。这里，第1输出电压V1、V2分别是基于PECL标准的差动输出信号的高电平、低电平的电压。这样，输出电路11能够根据输入控制信号（同相振荡信号S、反相振荡信号Sb）输出PECL的差动输出信号。

另外，在本实施方式中，输出差动输出信号，但也可以省略例如反相输出信号DOb，根据同相输出信号DO进行单端（single end）输出。此时，由晶体管P4、N8构成的第2切换开关和反相振荡信号Sb也被省略。

［半导体集成电路的结构］

图2是示出使包括输出电路11以及振荡电路12的半导体集成电路10与石英振子26（对应于本发明的振荡元件）连接的状态的图。如图2所示，输出电路11用作半导体集成电路10的输出级。另外，对与图1相同的要素标注相同标号并省略说明。

输出电路11与使石英振子26振荡来生成振荡信号（这里是同相振荡信号S和反相振荡信号Sb）的振荡电路12一起进行单芯片化，构成半导体集成电路10。并且，半导体集成电路10与石英振子26连接而构成不进行温度补偿和温度控制的石英振荡器20、即SPXO（Simple Packaged Crystal Oscillator，简单封装石英振荡器）。

振荡电路12包括反相器24、和固定电容41、42，反相器24具有作为模拟放大器发挥作用的反馈电阻Rf。。并且，如图2所示，与石英振子26连接而形成振荡环路。并且，振荡电路12包括反相器25，不仅输出同相振荡信号S而且还输出反相振荡信号Sb作为振荡信号。输出电路11接收这些信号，输出作为PECL的差动输出信号的同相输出信号DO、反相输出信号DOb。

这里，在PECL的差动输出处附加终端电路。图3的（A）、图3的（B）是说明该终端电路的图。如图3的（A）、图3的（B）所示，包含本实施方式的输出电路11的半导体集成电路10在其外部附加了终端电路。

PECL与ECL（Emitter Coupled Logic，射极耦合逻辑）不同，不需要负电源，将正电压即Vdd－2V（比电源电压Vdd低2V的电压）用作终端电压。而且，如图3（B）所示，需要以50Ω对该终端电压进行端接。

而且，作为终端电压，往往不另行准备Vdd－2V，而使用图3的（A）所示的戴维南终端电路。此时，通过将电阻值Rp、Rn设定成满足以下的式（4）、式（5），可使电气特性与图3（B）相同。

［与现有的输出电路的比较］

这里，以本实施方式的输出电路11如上述那样被用作半导体集成电路10的输出级为前提，进行与现有的输出电路1011A、1011B的比较。图9是示出现有的输出电路1011A的电路图。输出电路1011A使用NPN晶体管Q1、Q2作为输出晶体管。另外，对图1～图3的（B）相同的要素标注相同标号并省略说明。

输出电路1011A包括前级电路1013和后级电路1015。前级电路1013对应于本实施方式的输出电路11的第1电路13，而不包含生成第1输出电压V1、V2的电路（由电阻R1、电阻R2、晶体管N2构成的电路）。

后级电路1015的晶体管N13与前级电路1013的晶体管N1构成电流镜。电流Is流过晶体管N13，而使用式（1）的Ir得到Is＝n×Ir。这里，N是镜比，由晶体管N1和晶体管N13的栅极宽度的比决定。另外，假定栅极长度相同。

后级电路1015的晶体管N11、N12作为开关发挥作用。同相振荡信号S、反相振荡信号Sb（参照图2）分别被输入到晶体管N11、N12的栅极端子。由于同相振荡信号S和反相振荡信号Sb是差动信号，因而晶体管N11、N12交替地反复导通、截止。

此时，由于输出电路1011A的NPN晶体管Q1、Q2的基极电压变化，因而输出电路1011A的输出信号（同相输出信号DO、反相输出信号DOb）交替出现高电平和低电平的输出电压。这里，设高电平的输出电压为VoH，设低电平的输出电压为VoL。假定后级电路1015包括电阻值Rs的电阻，VoH、VoL分别由式（6）、式（7）表示。

VoH≈Vdd=VbeH......(6)

VoL≈Vdd=Rs×Is=VbeL......(7)

其中，VbeH、VbeL分别是高电平、低电平时的输出晶体管（NPN晶体管Q1、NPN晶体管Q2）的基极－发射极间电压。这里，按照PECL标准，要求VoH、VoL分别是式（8）、式（9）的范围。

VoH=Vdd-0.9525V±0.0725V......(8)

VoL=Vdd=1.715V±0.095V......(9)

在现有的输出电路1011A中，以满足式（8）、式（9）的方式调整电阻值Rs、电流Is、基极－发射极间电压即VbeH、VbeL。

这里，根据式（8）、式（9），对输出电路1011A的输出信号（同相输出信号DO、反相输出信号DOb）的输出电流进行探讨。如图3的（B）所示，由于用50Ω的阻抗对Vdd－2V的终端电压进行端接，因而要求高电平的输出电流即IoH、低电平的输出电流即IoL分别是式（10）、式（11）的范围。

IoH=(VoH-Vdd+2)/50=20.95mA±1.45mA......(10)

IoL=(VoL=Vdd+2)/50=5.7mA±1.9mA......(11)

如式（8）、式（9）所示，VoH、VoL依赖于电源电压Vdd，然而，当把式（8）、式（9）代入式（10）、式（11）时，式（10）、式（11）中的Vdd项消失，IoH、IoL不依赖于电源电压Vdd。

现有的输出电路1011A通过调整电阻值Rs、电流Is、基极－发射极间电压即VbeH、VbeL，可满足表示PECL标准的式（8）、式（9）。但是，由于使用NPN晶体管Q1、Q2作为输出晶体管，因而需要通过BiCMOS工艺来制造。因此，与MOS工艺相比，工艺成本变高，结果，包括输出电路1011A的集成电路装置的成本上升。

因此，如图10所示，可考虑使用将输出电路1011A的NPN晶体管Q1、Q2置换为MOS型的输出晶体管N9、N10而得到的输出电路1011B。输出电路1011B是与输出电路1011A不同的现有电路，仅由MOS型的晶体管构成，能够提供低成本的MOS工艺来制造。另外，关于前级电路1013、后级电路1015，与图9相同，省略说明。

但是，在输出电路1011B中，难以满足PECL标准所要求的VoH、VoL的范围（式（8）、式（9））。输出电路1011B中的高电平的输出电压即VoH、低电平的输出电压即VoL分别由式（12）、式（13）表示。

VoH=Vdd=VgsH......(12)

VoL=Vdd=Rs×Is=VgsL......(13)

其中，VgsH、VgsL分别是高电平、低电平时的MOS型的输出晶体管（输出晶体管N9、输出晶体管N10）的栅极－源极间电压。这里，在输出电路1011B中，也以满足式（8）、式（9）的方式调整电阻值Rs、电流Is、栅极－源极间电压即VgsH、VgsL即可。也就是说，取代基极－发射极间电压即VbeH、VbeL，调整栅极－源极间电压即VgsH、VgsL即可。

但是，MOS型的晶体管VgsH、VgsL由阈值电压Vth与过驱动电压之和给出。阈值电压Vth的制造偏差较大，需要估计例如±0.1V左右的偏差。于是，由于阈值电压Vth的偏差超过式（8）、式（9）所示的容许的变动范围，因而输出电路1011B不能满足PECL标准。

此时，可考虑以阈值电压Vth的偏差进入容许的变动范围内的方式进行输出电路1011B的合格品选择、或者限定制造装置来减小阈值电压Vth的偏差等对策。然而，无论哪种对策都会导致制造成本的上升，失去通过MOS工艺来制造带来的成本降低的利益。

而且，在输出电路1011B中，输出晶体管（输出晶体管N9、输出晶体管N10）的阈值电压Vth还根据衬底偏置效应而变动。衬底偏置效应是源极－体间电压越高、则阈值电压Vth越增加的现象，是MOS型晶体管特有的现象。如图10所示，输出晶体管（输出晶体管N9、输出晶体管N10）的源极端子的电压相当于高电平的输出电压VoH、或者低电平的输出电压VoL的任一方，而如式（12）、式（13）所示，VoH、VoL依赖于电源电压Vdd。阈值电压Vth还根据电源电压Vdd而变动。因此，在多个电源电压（例如，2.5V和3.3V）下使用输出电路1011B时，针对各自的电源电压满足式（8）、式（9）是非常困难的。因此，关于电源电压的选择，使用范围被限定。

并且，阈值电压Vth还根据温度而变动。阈值电压Vth具有越是高温则越下降的趋势。因此，为了满足式（8）、式（9），产生必须仅在例如特定温度附近使输出电路1011B进行动作的限制。

如上所述，即使现有的输出电路1011B能够通过MOS工艺来制造，阈值电压Vth也受到PVT变动、即工艺（制造偏差）的变动、电压（衬底偏置效应）的变动、和温度的变动的影响。因此，满足式（8）、式（9）是困难的，输出电路1011B的使用是不现实的。

这里，再次参照图1对本实施方式的输出电路11进行说明。输出电路11的第1电路13生成第1输出电压V1、V2。第1输出电压V1、V2可以如式（2）、式（3）那样由稳定的基准电压Vr、和电阻Rr、电阻R1、电阻R2的电阻比决定。

第1电路13可以将式（8）、式（9）所示的VoH、VoL的中心的值设定为第1输出电压V1、V2。例如，在基准电压Vr＝1.25V的情况下，R1/Rr＝0.762、R2/Rr＝0.61。此时，可以是第1输出电压V1＝Vdd－0.9525V、第1输出电压V2＝Vdd－1.715V。此时，由电阻Rr、电阻R1、电阻R2的电阻比决定第1输出电压V1、V2，因而例如不受制造偏差影响，可得到高精度。

并且，输出电路11的第2电路14通过复制电路RE1、RE2复制输出电路11的输出信号的输出电压。然后，利用误差放大器A1、A2使第1输出电压V1、V2和复制的输出电压一致，生成作为输出晶体管N9、N10的栅极电压的输出栅极电压VgH、VgL。

这里，复制电路RE1、RE2内包含的复制晶体管N3、N5准确地复制了输出电路11的MOS型的输出晶体管（输出晶体管N9、N10）。因此，输出电路11的MOS型的输出晶体管的PVT变动也同样影响复制晶体管N3、N5。因此，输出电路11可使输出信号的输出电压始终成为第1输出电压V1或第1输出电压V2，所以，满足式（8）、式（9），可用作PECL输出电路。

另外，如上所述，复制晶体管N3、N5的尺寸比输出电路11的输出晶体管小，抑制输出电路11的功耗。也就是说，复制晶体管N3、N5不是与输出电路11的输出晶体管相同的尺寸。因此，优选的是，进行以下说明的布局。

例如，假定如图4的（A）那样对输出晶体管N9、N10进行布局。这里，图4的（A）的SR是源极，DR是漏极。并且，对于栅极GT，栅极长度是L0，栅极宽度是W0的整数倍（这里，使用整数M，设为M×W0）。

此时，如图4的（B）那样对复制晶体管N3、N5进行布局。复制晶体管N3、N5的栅极长度都是L0，而栅极宽度是W0，与输出晶体管N9、N10相比，尺寸比是1/M。也就是说，复制晶体管N3、N5仅是由图4的（B）的框包围的1个晶体管，其它不用作晶体管。然而，复制晶体管N3、N5将不使用部分也包含在内而复制输出晶体管N9、N10的布局，连PVT变动的影响也可准确反映。

并且，复制电路RE1、RE2使用电流源N4、N6来复制在输出电路11的外部附加的负载电路（参照图3的（A）、图3的（B））。这里，如式（10）、式（11）所示，IoH、IoL不依赖于电源电压Vdd。因此，使用通过电流I1、I2来复制IoH、IoL的复制电路RE1、RE2，由此，即使电源电压改变，也能满足式（8）、式（9）。即，输出电路11能够在不限定电源电压的情况下扩大使用范围。

另外，复制电路RE1、RE2的电流I1、I2不要求高的精度。电流I1可以以IoH的期望电流值即20.95mA（参照式（10））的例如1/60即0.35mA为目标。另外，电流I2可以以IoL的期望电流值即5.7mA（参照式（11））的例如1/15即0.38mA为目标。当电流I1、I2的电流值偏离目标时，复制晶体管N3、N5的过驱动电压也会发生偏移。但是，在输出晶体管N9、N10的栅极宽度充分大的情况下，VgsH、VgsL由于阈值电压Vth是主导性的，因而可忽视过驱动电压的偏移。因此，电流I1、I2不要求高精度。

如上所述，本实施方式的输出电路I1与现有的输出电路1011A不同，能够通过低成本的MOS工艺来制造，与现有的输出电路1011B不同，不存在由于PVT变动的影响而使输出电压大幅偏离第1输出电压V1、V2的问题。也就是说，本实施方式的输出电路11尽管使用MOS型的输出晶体管，但能够不受例如制造偏差等PVT变动的影响地实现期望的输出电压。并且，本实施方式的输出电路11能够在不限定电源电压的情况下扩大使用范围。

2.振动器件

本实施方式的振动器件200包括：输出电路211、振荡电路212、通过振荡电路212进行振荡的振荡元件230。输出电路211和振荡电路212可以作为半导体集成电路210包含在振动器件200内。在本实施方式的振动器件200的说明中，输出电路211对应于图1、图2的输出电路11，振荡电路212对应于图2的振荡电路12，半导体集成电路210对应于图2～图3的（B）的半导体集成电路10。另外，后述的温度补偿型振荡器的振荡电路212除了图2的振荡电路12的结构以外还包含进行温度补偿的电路。

作为振动器件200，例如，可列举具有振子作为振荡元件230的振荡器、具有振动型的传感器元件240作为振荡元件230的物理量传感器等。

图5的（A）示出作为振动器件200的一例的振荡器的结构例。图5的（A）所示的振动器件200（振荡器）是温度补偿型振荡器，包括：输出电路211、振荡电路212、温度传感器220、和振荡元件230。这里，输出电路211、振荡电路212可以构成半导体集成电路210。

振荡电路212通过在内部生成与温度传感器220的输出对应的频率控制电压Vc，使可变电容元件的电容值根据温度变化而变化，在补偿振荡元件230（例如，对应于图2～图3的（B）的石英振子26）的频率温度特性的同时，以一定的频率振荡。然后，通过输出电路211将得到的振荡信号作为时钟信号输出。这里，输出电路211可以输出作为差动信号的时钟信号（参照图1）。

作为本实施方式的振动器件即振荡器，除了温度补偿振荡器以外，还可列举电压控制型振荡器（VCXO、VCSO等）、电压控制温度补偿型振荡器（VC－TCXO）、恒温型振荡器（OCXO等）等。并且，可以是不包含温度传感器220、不进行温度补偿的SPXO。也就是说，图2的石英振荡器20是振动器件200的一例。

图5的（B）示出作为振动器件的一例的物理量传感器的结构例。图5的（B）所示的振动器件200（物理量传感器）包括：输出电路211、振荡电路212、温度传感器220、以石英等为材料的传感器元件240、和检测电路250。这里，输出电路211、振荡电路212、检测电路250可以构成半导体集成电路210。

振荡电路212通过在内部生成与温度传感器220的输出对应的频率控制电压Vc，使可变电容元件的电容值根据温度变化而变化，在补偿传感器元件240的频率温度特性的同时，以一定的频率振荡。

传感器元件240在以一定的频率振动的同时，输出与施加的物理量（例如，角速度、加速度等）的大小对应的检测信号。

检测电路250进行传感器元件240的检测信号的检波和直流化，生成与施加给传感器元件240的物理量的大小对应的信号电平的物理量信号。然后，输出电路211输出所生成的物理量信号。这里，输出电路211可以输出作为差动信号的物理量信号（参照图1）。

另外，检测电路250可以根据温度传感器220的输出，补偿电路元件的温度特性和传感器240的温度特性，调整物理量信号的振动电平。

作为本实施方式的振动器件即物理量传感器，可列举角速度传感器（陀螺传感器）和加速度传感器等。

根据本实施方式，振动器件200使用半导体集成电路210的输出电路211来输出时钟信号、物理量信号等。因此，能够不受制造偏差的影响地输出期望的输出电压的时钟信号、物理量信号等。

3.电子设备

使用图6～图7对本实施方式的电子设备300进行说明。另外，对与图1～图5相同的要素标注相同的编号、标号并省略说明。

图6是电子设备300的功能框图。电子设备300构成为包括：包括半导体集成电路210和振荡元件230的振动器件200、CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）320、操作部330、ROM（Read Only Memory，只读存储器）340、RAM（RandomAccess Memory，随机存取存储器）350、通信部360、显示部370、声音输出部380。另外，电子设备300可以省略或变更图6的构成要素（各部）的一部分，也可以采用附加其它构成要素后的结构。

振动器件200对应于使半导体集成电路210和振荡元件230连接而得到的振荡器（参照图5的（A））。另外，在图6中省略了温度传感器220的图示。振动器件200将来自半导体集成电路210包括的输出电路211的时钟信号不仅供给到CPU320而且供给到各部（省略图示）。

CPU320依照存储在ROM340等内的程序，使用振动器件200输出的时钟信号来进行各种计算处理和控制处理。具体地说，CPU320进行与来自操作部330的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部360的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理、使声音输出部380输出各种声音的处理等。

操作部330是由操作键和按钮开关等构成的输入装置，将与用户的操作对应的操作信号输出到CPU320。

ROM340存储用于由CPU320进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。

RAM350用作CPU320的工作区域，暂时存储从ROM340读出的程序和数据、从操作部330输入的数据、由CPU320依照各种程序执行的运算结果等。

通信部360进行用于建立CPU320和外部装置之间的数据通信的各种控制。

显示部370是由LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）等构成的显示装置，根据从CPU320输入的显示信号显示各种信息。

并且，声音输出部380是扬声器等输出声音的装置。

电子设备300接收来自半导体集成电路210包括的输出电路211的时钟信号，因而可利用不受制造偏差影响的期望的输出电压的时钟信号。因此，电子设备300可提高动作的可靠性。

作为电子设备300，可考虑各种设备。例如，可列举网络服务器、个人计算机（例如，移动型个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机）、便携电话机等移动体终端、数字照相机、喷墨式排出装置（例如，喷墨打印机）、路由器和交换机等的存储区域网络功能、局域网设备、电视机、摄像机、磁带录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子笔记本（还包含带有通信功能）、电子词典、计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、电视电话、安全用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备（例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜）、鱼群探测器、各种测定设备、仪器类（例如、车辆、航空机、船舶的仪器类）、飞行模拟器、头戴式显示器、运动示迹装置、运动跟踪装置、运动控制器、PDR（步行者位置方位计测）等。

图7是示出作为电子设备300的一例的网络服务器的外观的一例的图。作为电子设备300的网络服务器具有LCD作为显示部370。然后，作为电子设备300的网络服务器接收来自半导体集成电路210包含的输出电路211的时钟信号，因而可利用不受制造偏差影响的期望的输出电压的时钟信号。因此，网络服务器可提高动作的可靠性。

4.移动体

使用图8对本实施方式的移动体400进行说明。

图8是示出本实施方式的移动体400的一例的图（俯视图）。图8所示的移动体400构成为包括：振荡部410、进行引擎系统、制动系统、无钥匙进入系统等的各种控制的控制器420、430、440、电池450、备用电池460。另外，本实施方式的移动体可以省略或变更图8的构成要素（各部）的一部分，也可以采用附加其它构成要素后的结构。

振荡部410对应于包括半导体集成电路210的振动器件200（振荡器）。省略了其它构成要素的详细说明，然而，为了进行移动体的移动而所需的控制，要求高的可靠性。例如，除了电池450以外，还具有备用电池460，由此提高可靠性。

这里，移动体400的系统可利用来自振荡部410即包括半导体集成电路210的振动器件200（振荡器）的不受制造偏差影响的期望的输出电压的时钟信号。因此，移动体400可针对系统的动作提高可靠性。

另外，作为这样的移动体400，可考虑各种移动体，例如，可列举汽车（也包括电动汽车）、喷气式飞机和直升机等航空机、船舶、火箭、人造卫星等。

5.其它

本发明包含与在所述的实施方式中说明的结构实质上相同的结构（例如，功能、方法和结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构）。并且，本发明包含置换了在实施方式中说明的结构的非本质的部分后的结构。并且，本发明包含取得与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者可达到相同目的的结构。并且，本发明包含对在实施方式中说明的结果附加公知技术后的结构。

Claims (11)

1.一种输出电路，其将MOS型的第1晶体管作为输出级，该MOS型的第1晶体管的漏极端子被施加电源电压，从源极端子输出输出信号，所述输出电路包括：

第1电路，其根据基准电压生成基于电阻比的第1输出电压；

第2电路，其将所述第1输出电压和第2晶体管的源极电压进行比较，生成使所述第1晶体管输出所述输出信号的第2输出电压的输出栅极电压，其中，该第2晶体管设定所述第2输出电压；以及

第3电路，其根据输入控制信号控制向所述第1晶体管施加所述输出栅极电压的时机。

2.根据权利要求1所述的输出电路，其中，

所述第2晶体管的漏极端子被施加电源电压，

所述第2电路包括与所述第2晶体管的源极端子连接的电流源，

所述第2电路以使所述第2晶体管的源极端子的电压和所述第1输出电压一致的方式，生成所述第2晶体管的栅极电压，

将所述第2晶体管的所述栅极电压作为所述输出栅极电压。

3.根据权利要求1所述的输出电路，其中，

所述第2晶体管是所述第1晶体管的复制晶体管，所述第2晶体管的漏极端子被施加电源电压，源极端子与电流源连接，

所述第2电路以使所述复制晶体管的源极端子的电压和所述第1输出电压一致的方式，生成复制晶体管调整电压，该复制晶体管调整电压是所述复制晶体管的栅极电压，

将所述复制晶体管调整电压作为所述输出栅极电压。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的输出电路，其中，

所述第2晶体管的尺寸比所述第1晶体管小。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的输出电路，其中，

所述输出信号取第1电平和不同于所述第1电平的第2电平中的至少一个作为信号电平，

所述第1电路生成与所述第1电平、所述第2电平的所述输出信号对应的所述第1输出电压，

所述第2电路生成与所述第1电平、所述第2电平的所述输出信号对应的作为所述输出栅极电压的第1输出栅极电压、第2输出栅极电压，

所述第3电路根据所述输入控制信号，选择所述第1输出栅极电压和所述第2输出栅极电压中的一方而施加给所述第1晶体管。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的输出电路，其中，

所述输出信号是多个。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的输出电路，其中，

所述输出信号是差动输出。

8.一种半导体集成电路，其包括：

权利要求1至4中的任一项所述的输出电路；和

振荡电路，其使振荡元件振荡来生成振荡信号，

所述输出电路将所述振荡信号作为所述输入控制信号。

9.一种振动器件，其包括：

权利要求8所述的半导体集成电路；和

所述振荡元件。

10.一种电子设备，其包括权利要求8所述的半导体集成电路。

11.一种移动体，其包括权利要求8所述的半导体集成电路。