DE69611151T2 - Auf einem Halbleitersubstrat hergestellter Oszillator stabiler Frequenz - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Oszillatorschaltung einer Halbleiter- Vorrichtung, wie sie im vorkennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargestellt ist, und die bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur mit einer stabilen Frequenz schwingt.
• Im Allgemeinen ist eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen eines Bezugstaktsignals für eine Reihe elektrischer Schaltungen eingesetzt worden. Insbesondere eine Kristalloszillatorschaltung, die einen Kristallvibrator enthält, ist häufig eingesetzt worden, da sie ein Taktsignal erzeugt, das eine extern stabile und konstante Frequenz hat. Ein derartiger Kristalloszillator ist jedoch mit einer Leiterplatte einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung verbunden eingesetzt worden, da er nicht auf einem Halbleitersubstrat hergestellt werden kann. Für diese Struktur ist eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich, mit der eine Schaltung hergestellt werden kann, und auch die Funktion der Vorrichtung geht zwangsläufig mit zusätzlichem Zeitaufwand einher. Des Weiteren ist der Kristalloszillator insofern von Nachteil, als er normalerweise teuer ist. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Oszillatorschaltung auf einem Halbleitersubstrat herzustellen, die kostengünstig ist und eine stabile und konstante Oszillatorfrequenz aufweist. Die Probleme dahingehend, dass eine Oszillatorfrequenz des auf dem Chip befindlichen Oszillators im Allgemeinen instabil ist, und insbesondere der Einfluss der Veränderung der Umgebungstemperatur, lassen sich nicht umgehen.
• Eine temperaturkompensierte Oszillatorschaltung nach dem Stand der Technik (US-A- 5 180 995), wie sie im vorkennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargestellt ist, besteht aus einem Ringoszillator, der Inverter enthält, die ringartig hintereinander geschaltet sind, einem diffundierten Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und einem Polysilizium-Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, der Vorspannungsströme bestimmt, die den Invertern zugeführt werden. Die Oszillatorfrequenz neigt auf der Grundlage einer Temperaturkennlinie eines diffundierten Widerstandes und einer Temperaturkennlinie der Oszillatorschaltung selbst dazu, mit einem Anstieg der Umgebungstemperatur abzunehmen. Die Veränderung der Oszillatorfrequenz wird durch eine Temperaturkennlinie des Polysilizium-Widerstandes kompensiert. Daher wird eine Bezugstaktsignal-Erzeugungsschaltung mit einer Oszillatorfrequenz, die durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur nicht beeinflusst wird, auf dem Halbleitersubstrat hergestellt.
• Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Oszillatorschaltung nach dem Stand der Technik zeigt.
• Die Oszillatorschaltung umfasst, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, eine Rückkopplungswiderstandseinrichtung 4, die mit einem Ausgangsanschluss einer Invertiereinrichtung 2 verbunden ist, die Inverter 14, 16 und 18 enthält, die mit einem Eingangsanschluss 6 verbunden sind, und die zwischen den Eingangsanschluss 6 und den Ausgangsanschluss 8 geschaltet ist. Der Bereich der Änderung des Rückkopplungswiderstandes 4 ist je nach der Temperatur außerordentlich groß. Aus diesem Grund lässt sich eine Veränderung der Frequenz nicht vermeiden. Das heißt, es besteht ein Problem dahingehend, dass, wie oben beschrieben, wenn die Temperatur ansteigt, beide Widerstandswerte der Invertiereinrichtung 2 und des Rückkopplungswiderstandes 4 zunehmen, umgekehrt jedoch die Frequenz abnimmt. Das heißt, diese Änderung der Frequenz spricht empfindlich auf den dynamischen Widerstand an, der dem Betrag der Veränderung des Stroms des N-Kanal- und des P-Kanal-Treibers in Abhängigkeit von der Temperatur entspricht, und der Bereich derAnderung spricht ebenfalls je nach der Größe und der Temperatur eines Transistors empfindlich darauf an.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine temperaturkompensierte Oszillatorschaltung einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, die bei einer Änderung der Temperatur in.. einem Halbleitersubstrat mit einer stabilen Frequenz oszilliert.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
• Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und vieler der damit einhergehenden Vorteile ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Einzelteile kennzeichnen, wobei:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die eine Oszillatorschaltung nach dem Stand der Technik zeigt;
• Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, die eine Oszillatorschaltung gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt; und
• Fig. 3 eine grafische Ansicht ist, die Ergebnisse von Frequenzeigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß Fig. 2 zeigt.
• Die vorliegende Schaltung umfasst, wie in Fig. 2 zu sehen ist, eine Rückkopplungswiderstandseinrichtung 4, die mit dem Ausgangsanschluss einer Invertiereineinrichtung 2 verbunden ist, die Inverter 14, 16 und 18 enthält, die mit einem Eingangsanschluss 6 verbunden sind, und die zwischen den Eingangsanschluss 6 und den Ausgangsanschluss 8 geschaltet ist, sowie eine Temperaturkompensationseinrichtung 20, die parallel zu der Rückkopplungswiderstandseinrichtung 4 geschaltet ist und zwischen den Eingangsanschluss 6 und den Ausgangsanschluss 8 geschaltet ist. Das heißt, um eine Veränderung der Frequenz auf ein Minimum zu verringern, kann die Temperaturkompensationseinrichtung 20 eine Schaltung enthalten, mit der eine Veränderung des Widerstandes entsprechend einem Ansteigen der Temperatur verringert wird, d. h. eine Diode und ein Widerstand oder möglicherweise ein Transistor 24, dessen Gate mit Erde verbunden ist, sind zusätzlich zu der Oszillatorschaltung vorhanden.
• Wenn Widerstandswerte der Invertiereinrichtung 2 und der Rückkopplungswiderstandseinrichtung 4 aufgrund eines Anstiegs der Temperatur abnehmen und der Widerstand der Temperaturkompensationseinrichtung 20 als Widerstand in einem normalen Zustand aufgrund eines Anstiegs der Temperatur abnimmt, ergibt sich die folgende Gleichung:
• R2+R4> R2+(R2+R4)IR4·R20... (Formel)
• (.·. R4> (R4+R20)R4·R20)
• Das heißt, da der Rückkopplungswiderstand 4 und der Widerstand der Temperaturkompensationseinrichtung 20 stets parallel miteinander verbunden sind, sind sie geringer als der Rückkopplungswiderstand 4, obwohl der Widerstand der Temperaturkompensationseinrichtung groß ist.
• Des Weiteren wird ein Mechanismus eingesetzt, bei dem der Betrag des Leckstroms zunimmt, wenn die Temperatur durch die Diode und den Widerstand 22 zunimmt. Das I.V.-Verhältnis bei Vorwärtsvorspannung und bei Rückwärtsvorspannung ist wie folgt:
• I = I0 (evion T - 1), so dass,
• wenn die Temperatur ansteigt, der Leckstrom zunimmt. Der Effekt gemäß dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
• Fig. 3 ist eine grafische Ansicht, die Ergebnisse von Frequenzeigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß Fig. 2 zeigt. Das heißt, eine Messung der Frequenz am Ausgangsanschluss 8 wird vorgenommen, indem die Spannungsversorgung und Erde an ein in einem Oszillator vorhandenes Element angeschlossen werden, und das Ergebnis in Fig. 3 entspricht Daten, die auf der Grundlage der Spannungsversorgung und der Temperatur gemessen werden. In Fig. 3 sind Daten 30 und 32 gemäß einer Ausführung in Vorwärtsrichtung 26 und Rückwärtsrichtung 28 dargestellt.
• So wird gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, eine Einrichtung zum Kompensieren einer Veränderung der Oszillatorfrequenz einer Oszillatorschaltung, die durch die Veränderung der Umgebungstemperatur bewirkt wird, geschaffen, so dass Oszillation bei einer stabilen Frequenz erzielt wird.

Claims (3)

1. Temperaturkompensierte Oszillatorschaltung, die auf einem Halbleitersubstrat einer Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, und die aufweist:

eine Invertiereinrichtung (2), die eine Vielzahl von Invertern (14, 16, 18) enthält, die zwischen einen Eingangsanschluss (6) und einen Ausgangsanschluss (8) der Invertiereinrichtung (2) geschaltet sind, gekennzeichnet durch:

eine Rückkopplungswiderstandseinrichtung (4), die mit dem Ausgangsanschluss (8) verbunden ist und zwischen den Eingangsanschluss (6) und den Ausgangsanschluss (8) geschaltet ist; und

eine Temperaturkompensationseinrichtung (20), die parallel zu der Rückkopplungswiderstandseinrichtung (4) geschaltet ist und zwischen den Eingangsanschluss (6) und den Ausgangsanschluss (8) geschaltet ist, um so eine Verringerung der Frequenz auf ein Minimum zu beschränken und einen Widerstandswert der Temperaturkompensationseinrichtung (20) entsprechend einer Zunahme der Temperatur zu verringern.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, wobei die Temperaturkompensationseinrichtung (20) eine Diode (22) und einen Widerstand enthält.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, wobei die Temperaturkompensationseinrichtung (20) einen Transistor (24) enthält, dessen Gate mit Erde verbunden ist.