DE69817472T2

DE69817472T2 - Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE69817472T2
Application number: DE69817472T
Authority: DE
Inventors: Naoki Kawasaki-shi Ozawa; Hiroaki Kawasaki-shi Tani; Kenichi Kawasaki-shi Nomura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: KR100299091B1; DE69817472D1; EP0889589A2; KR19990013327A; EP0889589B1; JPH1127107A; EP0889589A3; US6504439B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, in welcher eine Oszillationsfrequenz gemäß einer externen analogen Spannung gesteuert wird. Ein spannungsgesteuerter Oszillator, der diese Art einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung enthält, ist weit verbreitet als ein Taktoszillator für einen analogen Phasenregelkreis- (PLL-) Oszillator.
Der analoge PLL-Oszillator hat die Funktion des Multiplizierens einer Taktfrequenz und Einstellen einer Steilheit einer ansteigenden oder abfallenden Flanke eines Takts in einer LSI, und zeigt jüngst eine Tendenz, eine Schaltung (eine sogenannte Makroschaltung) bereitzustellen, die wesentlich zum Realisieren einer Hochgeschwindigkeits-LSI (Großintegrationsschaltung) ist, die eine große Größe hat.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, die einen analogen PLL-Oszillator bildet, wie oben angegeben wurde, in welchem eine Oszillation ungeachtet des Eingangsspannungspegels in einer stabilen Weise erreicht werden kann.
Zum Erleichtern eines Verständnisses des Problems der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung werden eine exemplarische Konfiguration und der Betrieb einer herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
In der 1 ist eine Ringoszillatorschaltung, die drei Inverter in Reihe enthält, als ein Beispiel einer repräsentativen herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gezeigt.
In einer herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillator-Schaltung 400, die in der 1 gezeigt ist, sind drei Inverter, d. h. erste bis dritte Inverter 100–1 bis 100–3, in Reihe geschaltet, von denen jeder die Funktion eines Inversionsschaltungselements zum Invertieren eines Ausgangssignals bezüglich eines Eingangssignals hat. Ein Ausgangs- anschluss AUS des Drittstufeninverters 100–3 ist an den Eingangsanschluss EIN des Erststufeninverters 100–1 angeschlossen. Somit ist eine Ringschaltung konfiguriert, in welcher eine Oszillation durch Rückführung des Ausgangssignals des Drittstufeninverters zu einer Eingangsseite des Erststufeninverters bewirkt wird.
Ferner sind in der 1 erste bis dritte Transfergates 200–1 bis 200–3, die die Funktion einer frequenzvariablen Steuereinheit zum Ändern einer Oszillationsfrequenz der Ringoszillatorschaltung haben, zwischen die jeweils benachbarten Inverter (einschließlich des Paars des Drittstufeninverters und des Erststufeninverters) in der Ringoszillatorschaltung zwischengeschaltet. Jedes der ersten bis dritten Transfergates 200–1 bis 200–3 enthält einen p-MOS-Transistor (p-Kanal-Typ-MOS-Transistor) und n-MOS-Transistor (n-Kanal-Typ-MOS-Transistor), die parallel geschaltet sind. Das Gate des p-MOS-Transistors und das Gate des n-MOS-Transistors werden mit zwei Arten von analogen Steuerspannungen Dc und XDc (die Steuerspannungen Dc und XDc sind in einer invertierten Beziehung bezüglich einander) durch zwei Steuerspan nungsanschlüsse von einer externen Quelle versorgt, wodurch es ermöglicht wird, die Oszillationsfrequenz der Ringoszillatorschaltung zu ändern. In anderen Worten wird in Übereinstimmung mit den Steuerspannungen Dc und XDc, die an das Gate des p-MOS-Transistors bzw. das Gate des n-MOS-Transistors angelegt werden, die Impedanz der ersten bis dritten Transfergates 200–1 bis 200–3 geändert, und dadurch wird derselbe Zustand realisiert, als wenn die Eingangsseite der ersten bis dritten Inverter 100–1 bis 100–3 mit äquivalenten variablen Widerständen Rcl, Rc2 bzw. Rc3 verbunden wäre, so dass die Oszillationsfrequenz der Ringoszillatorschaltung variabel gemacht wird.
Bei der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung, die in der 1 gezeigt ist, kann die Impedanz der ersten bis dritten Transfergates 200–1 bis 200–3, die zwischen die Inversionsschaltungselemente eingefügt sind,, in dem Fall zunehmen, in dem die Eingangsspannung der Inversionsschaltungselemente in der Oszillatorschaltung auf 0 V reduziert ist, oder steigt auf ein Leistungsquellenspannungspegel an zur Zeit des Einschaltens von Leistung, oder wenn der Referenztakt für eine lange Zeit zur Zeit der Verwendung des PLL-Oszillators angehalten wird. Genauer nimmt in dem Fall, in dem die Steuerspannung Dc und XDc, die an das Gate des p-MOS-Transistors und des n-MOS-Transistors jedes Transfergates den Spannungspegel nahe der Leistungsquellenspannung bzw. den Spannungspegel von 0 V erreichen, wie im Graphen von 8 gezeigt ist, die später beschrieben wird, der Widerstandswert der äquivalenten variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3, erzeugt durch die Transfergates, erheblich zu, typischerweise in der Größenordnung von einem Gigaohm (GΩ; 10⁹Ω).
Die Transfergates sollen in einem Hochimpedanzzustand sein, wie oben beschrieben ist. Wie anhand des Graphen von der 2 deutlich wird, die eine temporale Änderung der Spannungen der Knoten #1, #2 und #3 (l) in der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung zeigen, dauern Oszillationen nur eine kleine Zeitdauer (sagen wir ungefähr 500 μs), wenn eine Leistungsquellenspannung zur Zeit des Schaltens der Leistung steil ansteigt. Die Oszillationsamplitude nimmt jedoch graduell ab und stirbt schließlich aus. In anderen Worten kann, so lange wie jedes Transfergate auf hoher Impedanz bleibt, der Spannungspegel an jedem der Knoten #1, #2 und #3, die zwischen den benachbarten Invertern positioniert sind, nicht invertiert werden, und sie stellen sich daher auf ein Zwischenpotential (sagen wir 1,4 bis 1,5 V) ein. Selbst wenn die Leistung eingeschaltet wird und ansteigt scheitert die Oszillation daher, in der Oszillatorschaltung zu beginnen, bevor die Eingangsspannung einen vorgegebenen Pegel erreicht.
Das resultierende Problem der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung ist, dass es eine lange Zeit dauert, bevor die Oszillation in der Oszillatorschaltung startet. Ferner führt dieses Problem zu dem ungünstigen Effekt des Verlängerns der Zeit (d. h. die Überbrückungszeit), bevor eine vorgegebene Oszillationsfrequenz in dem analogen PLL-Oszillator unter Verwendung der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung der oben angegebenen Art erhalten wird.
Patent Abstracts von Japan, Vol. 1996, Nr. 11, 29. November 1996 (1996-11-29), und JP 08 186490 A (Fujitsu Ltd.; Fujitsu VLSI Ltd.), 16. Juli 1996 (1996-07-16), und US 5 657 359 A (Sakae Keisuke et al.), 12. August 1997 (1997-08-12) offenbaren eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In dieser Schaltung besteht jede der Oszillationsfrequenzvariablen- Steuereinheiten aus einem Transfergate in der Form eines Paars von Gates zum Empfangen erster und zweiter Vorspannungssignale von einer Vorspannungsschaltung. Die Vorspannungsschaltung erzeugt die ersten und zweiten Vorspannungssignale in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung, so dass i das erste Vorspannungssignal hoch ist und das zweite niedrig ist, wenn die Eingangsspannung nahe einer Leistungsquellenspannung ist, und die ersten bzw. zweiten Vorspannungssignale fallen und ansteigen, wenn die Eingangsspannung abnimmt.
In Patent Abstracts von Japan Vol. 009, Nr. 332 (E-341), 6. September 1985 (1985-09-06) und JP 60 080316 A (Hitachi Seisakusho KK), 8, Mai 1985 (1985-05-08) offenbaren eine Ringoszillation, gebildet durch Verbinden von drei CMOS-Invertern in Reihe, wobei ein Paar von komplementären MOSFETs parallel zwischen die zweiten und dritten Inverter eingesetzt ist, wobei eine Steuerspannung an jedes Gate der MOSFETs angelegt wird. Die Steuerspannung wird variiert, um die Zeitkonstante und Zeitverzögerung von parallelen Schaltungen, die durch jeden MOSFET mit den Transistoren in dem zweiten Inverter gebildet werden, zu ändern.
Patent Abstracts von Japan Vol. 009, Nr, 332 (E-37D), 26. Dezember 1985 (1985-12-26) und JP 60 163524 A (ISAO KAI), 26. August 1985 (1095-08-26) offenbaren einen astabilen Multivibrator, der aus einem Paar von Invertern besteht, die in Reihe mit einem Widerstand verbunden sind, der mit dem Eingang jedes Inverters verbunden ist. Die Oszillations frequenz des Multivibrators wird gesteuert durch Ändern der Widerstandswerte.
Die US-A-5 487 093 (Cline Roger A et al.) 23. Janu- ar 1996 (1996-01-23) offenbart eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, die eine Mehrzahl von Verzögerungszelhen hat, die in Reihe geschaltet sind. Jede Zelle besteht aus zwei Inverter und zwei Durchlassgates. Die Verzögerungszeit jeder Zelle kann in einer analogen Weise variiert werden und die Anzahl von Verzögerungszellen, die aktiv sind, um eine Verzögerung bereitzustellen, kann durch Verwendung der Durchlassgates variiert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt im Hinblick auf das oben angegebene Problem, und Ausführungsbeispiele davon können eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung bereitstellen, in welcher eine stabile Oszillation garantiert ist, selbst in dem Fall, in welchem der Eingangsspannungspegel auf 0 V reduziert ist oder den Leistungsquellen-Spannungspegel zur Zeit des Einschaltens von Leistung erreicht, oder der PLL-Osaillator verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung mit einer ungeraden Anzahl von Inversionsschaltungselementen, die in Reihe geschaltet sind, um ihre Ausgangssignale bezüglich der jeweiligen Eingangssignale zu invertieren, und mit einer Aus- gangsseite der letzten Stufe eines der Inversionsschaltungselemente, die an eine Eingangsseite der ersten Stufe eines der Inversionsschaltungselemente verbunden ist, um dadurch eine Oszillation zu verursachen, und einer Mehrzahl von Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten, die jeweils zwischen die benachbarten der Inversionsschaltungselemente eingefügt sind, um eine Oszillationsfrequenz, die zu der Oszillation gehört, gemäß einer externen Spannung zu ändern, Bekennzeichnet durch eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen mit jeweils einem vorgegebenen festen Widerstandswert, die jeweils parallel mit den Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten geschaltet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält jede der Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten ein variables Widerstandsschaltungselement, das einen variablen Widerstand eines Widerstandswertes hat, der sich mit der externen Spannung ändert, und bei dem die Oszillationsfrequenz basierend auf dem Widerstandswert des variablen Widerstandes bestimmt ist.
Jedes der festen Widerstandsschaltungselemente kann wenigstens einen festen Widerstand enthalten.
Alternativ kann jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens einen MOS-Transistor enthalten, und ein Widerstand, der den oben angegebenen festen Widerstandswert hat, wird realisiert durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung an den MOS-Transistor.
Als weitere Alternative kann jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens ein polykristallines Siliciumelement enthalten, das auf einem Substrat oder Ähnli– chem ausgebildet ist, durch das ein Widerstand, der den oben, angegebenen festen Widerstandswert hat, realisiert werden kann.
Oder jedes der festen Widerstandsschaltungselemente kann wenigstens eine Diffusionsschicht enthalten, die in einem Substrat oder Ähnlichem eingebettet ist, durch die ein Widerstand, der den oben angegebenen festen Widerstandswert hat, realisiert werden kann.
Vorzugsweise ist jede der Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten ein Transfergate, das einen MOS-Transistor enthält.
Der MOS-Transistor kann ein Verarmungstyp-Transistor sein, so dass die Oszillation durch Eingeschaltenlassen des MOS-Transistors erhalten bleibt, auch wenn die Gate-Spannung nicht an den MOS-Transistor angelegt ist.
Alternativ ist der MOS-Transistor ein Transistor des Kurzkanaltyps, der eine kurze Kanallänge hat, um die Oszillation durch Eingeschaltenlassen aufrecht zu erhalten, selbst wenn die Gate-Spannung nicht an den MOS-Transistor angelegt ist.
Bei einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung, die die vorliegende Erfindung ausführt, ist eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen, von denen jedes einen vorgegebenen festen Widerstandswert hat, zwischen eine Mehrzahl der Inversionsschaltungselemente parallel mit einer Mehrzahl von Transfergates eingesetzt, die eine Mehrzahl von variablen Widerstandsschaltungselementen haben, um die Oszillationsfrequenz zu ändern. In dem Fall, in dem Leistung eingeschaltet wird oder die Oszillation temporär angehalten ist, und wenn der Leistungseingangsspannungspegel reduziert ist auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel er reicht, was in einer erhöhten Impedanz jedes Transfergates resultiert, wird der kombinierte Widerstand auf der Eingangsseite jedes Inversionsschaltungselements durch den festen Widerstandswert des festen Widerstandsschaltungselements gesteuert. Folglich wird, selbst in dem Fall, in dem der Eingangsspannungspegel auf 0 V reduziert ist oder den Leistungsquellenspannungspegel erreicht, eine stabile Oszillati– on in der Oszillatorschaltung aufrechterhalten.
Bezug wird nun genommen exemplarisch auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
1 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung ist;
2 ein Graph ist, der eine Änderung bezüglich der Zeit von der Spannung über jedem Knoten zeigt, wenn die Eingangsspannung reduziert ist auf 0 V oder eine Leistungsquellenspannung erreicht, gemäß der herkömmlichen Schaltung, die in der 1 gezeigt ist;
3 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Basisausführungsbeispiels ist, das dem Prinzip der vorliegenden Erfindung entspricht;
4 ein Schaltungsblockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Schaltungsblockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Schaltungsblockdiagramm ist, das eine Konfi- guration eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration zum Zuführen einer analogen Spannung zum Steuern einer Oszillationsfrequenz einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Graph ist, der die Weise, in welcher sich der Widerstand zwischen den Invertern gemäß typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik ändert; und
9 ein Blockdiagramm ist, das eine repräsentative Konfiguration eines PLL-Oszillators zeigt, bei welchem typische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angewandt sind.
Ein Basisausführungsbeispiel und mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 9 der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Basisausführungsbeispiels zeigt, das dem Prinzip der Erfindung entspricht. Eine Konfiguration einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 4 ist in einer vereinfachten Form gezeigt.
Die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 4 gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in der 3 gezeigt ist, enthält eine ungerade Anzahl (1-te bis (2n + 1)-te, wobei n eine ganze Zahl ist) von Inversionsschaltungselementen 1–1 bis 1 – ( 2n + 1), die in Reihe geschaltet sind, um ein Ausgangssignal invertiert gegenüber einem Eingangssignal zu erzeugen, wobei die Ausgangsseite der letzten Stufe einer der ungeraden Zahlen der Inversionsschaltungselemente an die Eingangsseite der ersten Stufe der ungeraden Zahlen der Inversionsschaltungselemente angeschlossen ist, wodurch eine Oszillation verursacht wird, und eine Mehrzahl von jeweiligen (1-te bis (2n + 1)-ten) Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten 2–1 bis 2 – (2n + 1) eingesetzt ist zwi– schen benachbarte der Inversionsschaltungselemente zum Ändern der Oszillationsfrequenz gemäß einer externen Spannung (sagen wir zwei Typen von Steuersignalspannungen Sc1 und Sc2).
Die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ferner eine Mehrzahl von (1-te bis (2n + 1)-ten) festen Widerstandsschaltungselementen 3–1 bis 3 – (2n + 1), von denen jedes einen vorgegebenen festen Widerstandwert hat, parallel angeschlossen zu den jeweiligen Frequenzvariablen-Steuereinheiten.
In der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillator-_Schaltung, die oben (1) beschrieben wurde, repräsentieren die ersten bis dritten Inverter 100–1 bis 100–3 ein Beispiel der ersten bis (2n + 1)-ten Inversionsschaltungselemente 1–1 bis 1 – (2n + 1) in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung (3) gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung, und die ersten bis dritten Transfergates 200-1 bis 200–3 in der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung repräsentieren ein Beispiel der ersten bis (2n + 1)-ten Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten 2–1 bis 2 – (2n + 1) der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist jedoch zu beachten, dass eine Mehrzahl der festen Widerstandsschaltungselemente 3–1 bis 3 – (2n + 1), die in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung enthalten sind, nicht in der herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung enthalten sind.
Vorzugsweise ist in der spannungsgesteuerten Osziliatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung jede der Frequenzvariablen-Steuereinheiten konfiguriert aus einem variablen Widerstandsschaltungselement, das einen variablen Widerstand enthält, der einen Widerstand hat, der gemäß einer externen Spannung variabel ist, und wird die Oszillationsfrequenz basierend auf dem Widerstandswert des variablen Widerstandes bestimmt.
Ferner enthält in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens einen festen Widerstand.
Weiter vorzugsweise enthält in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens einen MOS-Transistor, und ein Widerstand, der den oben angegebenen festen Widerstandswert hat, ist realisiert durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung an den MOS-Transistor.
Ferner vorzugsweise enthält in der spannungsgesteuerten Oszillationsschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens ein polykristallines Siliciumelement, das auf einem Substrat oder Ähnlichem ausgebildet ist, und ein Widerstand, der den oben angegebenen festen Widerstandswert hat, kann durch dieses polykristalline Siliciumelement realisiert sein.
Ferner vorzugsweise enthält in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung jedes der festen Widerstandsschaltungselemente wenigstens eine Diffusionsschicht, die in ein Substrat oder Ähnliches eingebettet ist, und ein Widerstand, der den oben genannten festen Widerstandswert hat, kann durch diese Diffusionsschicht realisiert sein.
In der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dem Basisausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen, von denen jedes einen vorgegebenen festen Widerstandswert hat, zwischen eine Mehrzahl von Inversionsschaltungselementen parallel zu einer Mehrzahl von Transfergates oder Ähnliches eingesetzt, von denen jedes ein variables Widerstandsschaltungselement zum Ändern der Oszillationsfrequenz enthält. In dem Fall, in dem die Oszillation temporär angehalten oder Leistung eingeschaltet wird, und wenn der Eingangsspannungspegel auf 0 V reduziert wird oder die Leistungsquellenspannung erreicht, um dadurch die Impedanz jedes Transfergates zu erhöhen, kann der kombinierte Widerstand auf der Eingangsseite jedes Inversionsschaltungselements gesteuert werden durch den festen Widerstandswert der festen Widerstandsschaltungselemente. Als ein Ergebnis wird die Oszillation in der Oszillatorschaltung, selbst in dem Fall, in dem der Eingangsspannüngspegel reduziert ist auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel erreicht, in einer stabilen Weise aufrechterhalten.
Die 4 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das eine Konfiguration eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine dreistufige Ringoszillatorschaltung ist als eine spannungsgesteuerte Oszillationsschaltung dargestellt, die als eine ungerade Anzahl von Inversionsschaltungselementen konfiguriert ist, die in Reihe geschaltet sind. In der Beschreibung, die folgt, sind die Komponentenelemente, die identisch mit jenen sind, die oben beschrieben sind, jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in der 4 gezeigt ist, ist eine Ringoszillatorschaltung gezeigt, in welcher drei Inverter, d. h. erste bis dritte Inverter 10–1 bis 10–3 eines Typs zum Erzeugen eines Ausgangssignais, das gegenüber dem Eingangssignal invertiert ist, in Reihe geschaltet als eine ungerade Anzahl von Inversionsschaltungselementen (3), die eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung bilden. Ferner ist der Ausgangsanschluss AUS des Drittstufen-Inverters 10–3 angeschlossen an den Eingangsanschluss EIN des Erststufen-Inverters 10–1, und das Ausgangssignal des Drittstufen-Inverters ist zurückgeführt zum Eingangsanschluss des Erststufen-Inverters, wodurch eine Oszillation erzeugt wird.
Ferner sind in der 4 erste bis dritte Transfergates 20–1 bis 20–3, die eine Mehrzahl von Frequenzvariablen-Steuereinheiten (3) der oben angegeben spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung bilden, zwischen benachbarten Invertern (auch zwischen dem Drittstufen-Inverter und dem Erststufen-Inverter) in der Ringoszillatorschaltung eingesetzt. Jedes dieser Transfergates 20–1 bis 20–3 hat jeweils die Funktion eines variablen Widerstandschaltungselements, das einen variablen Widerstand enthält, der einen Widerstandswert hat, der gemäß DC-Steuerspannungen Dc und XDc variabel ist, die von einer externen Quelle zugeführt werden.
Genauer enthält jeder der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 einen p-MOS-Transistor und eine n-MOS-Transistor, die parallel zueinander geschaltet sind. Das Gate des p-MOS-Transistors und das Gate des n-MOS-Transistors werden mit zwei Arten von analogen Steuerspannungen Dc bzw. XDc durch zwei Steuerspannungsanschlüsse von einer externen Quelle versorgt, wodurch es ermöglicht wird, die Oszillatonsfrequenz der Ringoszillatorschaltung zu ändern. In anderen Worten wird dieselbe Situation realisiert, als wenn äquivalente variable Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3 an die Eingangsseiten jeweils der ersten bis dritten Inverter 10–1 bis 10–3 angeschlossen sind, durch Ändern der Impedanzen; der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 gemäß den Steuerspannungen Dc und XDc, die an das p-MOS-Transistor-Gate bzw. den n-MOS-Transistor angelegt sind.
Ferner sind in der 4 erste bis dritte feste Widerstandstypen von Transistoren 31–1 bis 31–3, die vorgegebene feste Widerstandswerte haben, parallel jeweils zu den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 geschaltet als eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3), die die Komponentenelemente bilden, die ein Merkmal der Erfindung wiedergeben. Jeder dieser festen Widerstandstypen von Transistoren enthält vorzugsweise einen MOS-Transistor, von dem das Gate mit einer vorgegebenen Spannung (sagen wir 0 V) beaufschlagt ist, was somit denselben Zustand real – siert, als wenn jeweils äquivalente feste Widerstände Rf1, Rf2 und Rf3 angeschlossen wären.
Nun wird der Betrieb einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß dieser Erfindung durch Vergleich der Schaltungskonfiguration des oben angegebenen Standes der Technik (1) mit jener des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels (4) im Detail beschrieben.
In der herkömmlichen Konfiguration, die in der 1 gezeigt ist, wird angenommen, dass Leistung eingeschaltet wird oder die Oszillation temporär angehalten ist. Einer der Steuerspannungsanschlüsse wird mit einer Steuerspannung Dc versorgt, die einen Quellenspannungspegel hat, und der ande-, re Steuerspannungsanschluss wird mit einer Steuerspannung XDc beaufschlagt, die den Spannungspegel von 0 V hat. Zu dieser Zeit nehmen die Widerstandswerte der variablen Widerstände Rc1, Rc2 und Rc3 die von den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 erhalten werden, einen hohen Wert in der Größenordnung von GΩ an. Aufgrund des variablen Widerstandes dieses hohen Widerstandswertes wird gemäß dem Stand der Technik, der in der 1 gezeigt ist, die Span nung an jedem der Knoten #1 bis #3, die zwischen den benachbarten Invertern positioniert sind, bezüglich Zeit abgeschwächt und konvergiert auf einen Spannungspegel von ungefähr einer Hälfte der Leistungsquellenspannung. Daher tritt keine Oszillation auf.
Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in der 4 gezeigt ist, hat im Gegensatz jeder der äquivalenten Widerstände, die zwischen die Inverter eingesetzt sind, einen kombinierten Widerstandswert, der erhalten wird durch eine Kombination von jedem der variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3, erhalten von den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3, und jedem der festen Widerstände Rf1, Rf2 und Rf3, erhalten von den ersten bis dritten festen Widerstandstypen der Transistoren 31–1 bis 31–3. Als ein Ergebnis nimmt gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel in dem Fall, in dem einer der Steuerspannungsanschlüsse mit der Steuerspannung Dc beaufschlagt wird, die einen Leistungsquellenspannungspegel hat, und der andere Steuerspannungsanschluss mit der Steuerspannung XDc versorgt wird, die einen 0 V Pegel hat, die Impedanzen der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 auf einen solchen hohen Pegel zu, dass die äquivalenten Widerstände, die zwischen die Inverter eingesetzt sind, dazu kommen, im Wesentlichen denselben Widerstandswert anzunehmen, wie die festen Widerstände Rf1, Rf2 und Rf3. Speziell kommen gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, anders als beim Stand der Technik, die äquivalenten Widerstände, die zwischen die Inverter eingesetzt sind, nie dazu, einen hohen Widerstandswert in der Größenordnung von GΩ anzunehmen.
Als ein Ergebnis kann, selbst in dem Fall, in welchem die ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 eine hohe Impedanz annehmen, eine Oszillation auftreten. In dem Fall, in welchem sich die Steuerspannungen Dc und XDc auf ein so1ches Maß ändern, dass die Impedanzen der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 auf einen niedrigen Pegel reduziert werden, d. h. in dem Fall, in welchem die Widerstandswerte der variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3 auf einen ausreichend niedrigen Wert verringert werden, dominieren die Widerstandswerte von diesen variablen Widerständen Rc1, Rc2 und Rc3 die kombinierten Widerstandswerte. Wie beim Stand der Technik kann daher die Variation in der Oszillationsfrequenz unter Verwendung der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 gesteuert werden.
Die 5 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das eine Konfiguration eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Fall ist auch eine dreistufige Ringoszillatorschaltung dargestellt als eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, die eine ungerade Anzahl von Inversionsschaltungselementen enthält, die in Reihe geschaltet sind.
In der 5 sind die Komponentenelemente der ersten bis dritten Inverter 10–1 bis 10–3 und der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 in einer ähnlichen Weise zu den entsprechenden Komponentenelementen des ersten Ausführungsbeispiels, das oben beschrieben ist, untereinander verbunden. Die Zwischenverbindungen der Komponentenelemente werden daher nicht nochmals beschrieben.
Gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in der 5 gezeigt ist, sind erste bis dritte feste Widerstände 32–1 bis 32–3 parallel zu den jeweils ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 als eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3) geschaltet, die das Merkmal der Komponentenelemente der vorliegenden Erfindung bilden. In diesem Fall hat jeder der äquivalenten Widerstände, die zwischen die Inverter eingesetzt sind, einen kombinierten Widerstandswert, der erhalten wird durch eine Kombination der variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3, die von den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 erhalten werden, und jedem der ersten bis dritten festen Widerstände 32–1 bis 32–3.
Als eine Folge nimmt in dem Fall, in welchem einer der Steuerspannungsanschlüsse mit einer Steuerspannung Dc versorgt wird, die einen Quellenspannungspegel hat, während der andere Steuerspannungsanschluss mit einer Steuerspannung XDc versorgt wird, die den Spannungspegel von 0 V hat, jedes der ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 eine hohe Impedanz an. Die äquivalenten Widerstände, die zwischen die Inverter eingesetzt sind, werden daher im Wesentlichen durch die festen Widerstände 32–1 bis 32–3 gesteuert. Speziell wird gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie bei dem oben angegebenen ersten Ausführungsbeispiel, ein Hochimpedanzzustand nicht zwischen den Invertern erzeugt und kann eine Oszillation aufrechterhalten bleiben selbst in, dem Fall, in welchem die Eingangsspannung 0 V ist.
In der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben ist, kann jeder der festen Widerstände 32–1 bis 32–3 ersetzt werden durch ein polykristallines Silicium, das auf einem Substrat ausgebildet ist, um dadurch ein festes Widerstandsschaltungselement zu realisieren, das einen festen Widerstandswert hat.
Ferner kann in der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben ist, jeder der festen Widerstände 32–1 bis 32–3 ersetzt werden durch eine Diffusionsschicht, die in ein Substrat in einem Diffusionsprozess eingebettet wurde, um dadurch ein festes Widerstandsschaltungselement zu realisieren, das einen festen Widerstandswert hat.
Die 6 ist ein Schaltungsblockdiagramm, das eine Konfiguration gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel stellt auch eine dreistufige Ringoszillatorschaltung als eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung dar, die eine ungerade Anzahl von Inversionsschaltungselementen hat, die in Reihe geschaltet sind.
Die ersten bis dritten Inverter 10–1 bis 10–3 in der 6 haben eine Konfiguration ähnlich den Invertern gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen, die oben beschrieben sind. Daher werden die ersten bis dritten Inverter 10–1 bis 10–3 nicht nochmals beschrieben.
Das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in der 6 gezeigt ist, enthält erste bis dritte Verarmungstyp-Transistoren oder Transistoren des Kurzkanaltyps (d. h. Kurzkanaltyp-Transistoren) 33–1 bis 33–3 als die MOS- Transistoren, die die ersten bis dritten Transfergates bilden, die in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen gezeigt sind, die oben beschrieben wurden. Hier ist, um zu betonen, dass die ersten bis dritten Verarmungstyp-Transistoren oder Transistoren des Kurzkanaltyps 33–1 bis 33–3, die in der 6 gezeigt sind, die unten angegebenen spezifischen Charakteristika haben im Unterschied von den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3, die in den 4 und 5 gezeigt sind, ein Stern (*) zu jedem der Verarmungstyp-Transistoren oder Transistoren des Kurzkanaltyps 33–1 bis 33–3 hinzugefügt.
In jedem der Verarmungstyp-Transistoren, die oben beschrieben sind, fließt ein Leckstrom oder Ähnliches, um die Verarmungstyp-Transistoren aktiv (d. h. in dem Ein-Zustand) zu halten, und daher kann die Oszillation aufrechterhalten werden, selbst wenn eine Vorspannung nicht an das Gate davon angelegt ist (zum Beispiel in dem Fall, in welchem eine Steuerspannung Dc, die einen Quellenspannungspegel hat, an einen der Steuerspannungsanschlüsse angelegt ist und eine Steuerspannung XDc, die den Spannungspegel von 0 V hat, an den anderen Steuerspannungsanschluss angelegt ist).
Andererseits hat jeder der Transistoren des Kurzkanaltyps einen Kanal, der kürzer als ein gewöhnlicher Kanal ist: Daher fließt, selbst wenn eine Spannung, die eine Vorspannung darstellt, nicht an das Gate davon angelegt ist, der Leckstrom und hält den Transistor in dem Ein-Zustand, wo- durch es ermöglicht wird, die Oszillation aufrechtzuerhalten.
Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in der 6 gezeigt ist, besteht jeder der MOS-Transistoren, die die ersten bis dritten Transfergates zum Steuern der Variation der Oszillationsfrequenz der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung bilden, aus einem Verarmungstyp-Transistor oder einem Transistor des Kurzkanaltyps, der keine hohe Impedanz annimmt, selbst wenn die Eingangsspannung dazu 0 V ist. Als ein Ergebnis kann derselbe Zustand realisiert werden ohne feste Widerstandsschaltungselemente, als wenn feste Widerstandsschaltungselemente parallel zu variablen Widerstandsschaltungselementen eingesetzt wären. In anderen Worten können gemäß dem oben angegebenen dritten Ausführungsbeispiel die ersten bis dritten Verarmungstyp-Transistoren oder Transistoren des Kurzkanaltyps die Doppelfunktion der variablen Widerstandsschaltungselemente und der festen Widerstandsschaltungselemente ausführen. Die Schaltungskonfiguration wird daher im Vergleich zu dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel, die oben beschrieben sind, vereinfacht.
Die 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel, einer Schaltungskonfiguration zum Zuführen einer analogen Spannung zum Steuern der Oszillationsfrequenz einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der 7 ist eine Steuerspannungserzeugungsschaltung 5, die einen Verstärker enthält, wie einen Operationsverstärker, der einen nichtinvertierten Ausgangsanschluss und einen invertierten Ausgangsanschluss hat, als eine Schaltung zum Zuführen einer analogen Spannung zum Steuern der Oszillationsfrequenz vorgesehen. Diese Steuerspannungs erzeugungsschaltung 5 ist so konfiguriert, dass nach Anwenden einer analogen Eingangsspannung Vein daran zwei Arten von analoger Spannung, die invertierte Polaritäten haben, als eine Spannung zum Steuern der Oszillationsfrequenz ausgegeben werden. Diese zwei Arten von Steuerspannung Dc und,. XDc, die in typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden zum Beispiel den ersten bis dritten Transfergates 20–1 bis 20–3 von dem oben angegeben nichtinvertierten Ausgangsanschluss und dem invertierten Ausgangsanschluss zugeführt. Diese Steuerspannungserzeugungsschaltung 5 kann auf dasselbe Substrat wie die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung gemäß dieser Erfindung gepackt sein und kann somit in eine einzige integrierte Halbleiterschaltung oder in eine einzige LSI verwirklicht sein.
Die 8 ist ein Graph, der die Art zeigt, in welcher sich der Widerstand zwischen den Invertern gemäß typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik ändert. Dieser Graph legt jedoch, wie von den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen zu sehen ist, die oben beschrieben sind, eine Konfiguration nahe, in welcher eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltelementen parallel mit einer Mehrzahl von jeweiligen Transfergates geschaltet ist.
In der herkömmlichen Schaltung, die in der 1 gezeigt ist, wird, wenn Leistung eingeschaltet wird oder die Oszillation temporär gestoppt ist, einer der zwei Steuerspannungsanschlüsse (zum Beispiel der Anschluss, der mit der Steuerspannung XDc versorgt wird) mit der Steuerspannung XDc versorgt, die den Spannungspegel von ungefähr 0 V hat, und wird der andere Anschluss (zum Beispiel der Anschluss, der mit der Steuerspannung Dc versorgt wird) mit der Steuerspannung Dc versorgt, die den Leistungsquellenspannungspegel (von sagen wir 3 V) hat. Zu dieser Zeit erhöhen sich die Impedanzen von allen drei Transfergates auf so hohe Pegel, dass jeder der variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3, die von diesen Transfergates erhalten werden, einen hohen Wider- standswert in der Größenordnung von GΩ annimmt (angegeben durch die durchgezogene Linie in der 8). Als ein Ergebnis wird die Spannung über jedem der Knoten #1 bis #3 zwischen den Invertern, wenn die Oszillation in der Schaltung auftritt, im Bezug auf die Zeit abgeschwächt und konvergiert auf den Spannungspegel von ungefähr einer Hälfte der Leis- tungsquellenspannung. Die Oszillation wird daher nicht aufrechterhalten.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind im Gegensatz dazu kombinierte Widerstände Rcl', Rc2' und Rc3', von denen jeder denselben Widerstandswert hat wie jenen, der in dem Fall erzeugt wird, in welchem jeder der drei variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3, die von den drei Transfergates erhalten werden, parallel mit jedem der drei äquivalenten festen Widerstände Rf1, – Rf2 und Rf3 (oder den drei festen Widerständen 32–1 bis 32-3) geschaltet ist, die von den drei festen Widerstandstyptransistoren erhalten werden, zwischen die Inverter eingesetzt. In diesem Zustand wird angenommen, dass einer der zwei Steuerspannungsanschlüsse mit der Steuerspannung XDc, die einen Spannungspegel von ungefähr 0 V hat, versorgt wird und der andere Spannungsanschluss mit der Steuerspannung-Dc beaufschlagt wird, die den Leistungsquellenspannungspegel hat. Die Impedanz jedes der ersten bis dritten Transfergates nimmt auf ein Maß zu, das durch eine gestrichelte Linie in der 8 gezeigt ist, und die kombinierten Widerstände Rcl', Rc2' und Rc3' gelangen dazu, Widerstandswerte im Wesentlichen gleich jeweiligen Widerstandswerten der festen Widerstände Rf1, Rf2 und Rf3 anzunehmen.
Folglich wird gemäß typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, selbst in dem Fall, in welchem einer der Steuerspannungspegel auf ungefähr 0 V reduziert wird, der Widerstandswert jedes der kombinierten Widerstände Rcl', Rc2' und Rc3', die zwischen die Inverter eingesetzt sind, am Zunehmen auf einen hohen Wert in der Größenordnung von GΩ gehindert. In anderen Worten kann die Oszillation auch in dem Fall auftreten, in welchem die Impedanz von jedem der ersten bis dritten Transfergates auf einen hohen Pegel zunimmt.
Andererseits wird angenommen, dass der Spannungspegel der Steuerspannungen Dc und XDc auf ein solches Maß zunimmt, dass die Impedanz von jedem der ersten bis dritten Transfergates auf einen niedrigen Pegel verringert wird. Sowohl beim Stand der Technik, als auch bei typischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die kombinierten Widerstände Rcl', Rc2' und Rc3' dazu kommen, durch die jeweiligen variablen Widerstände Rcl, Rc2 und Rc3 gesteuert zu werden. Als ein Ergebnis kann die Variation in der Oszillationsfrequenz durch Verwendung der ersten bis dritten Transfergates gesteuert werden.
Die 9 ist ein Blockdiagramm, das eine repräsentative Konfiguration eines PLL-Oszillators zeigt, bei welchem typische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angewandt sind.
Der analoge PLL-Oszillator, der in der 9 gezeigt ist, enthält einen Phasendetektor 14, eine Ladungspumpschaltung 15, einen Tiefpassfilter 16, eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung (zum Beispiel die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 4, die in der 3 gezeigt ist) und eine Frequenzteilungsschaltung 17. Diese Komponentenelemente bilden eine Steuerschaltung in einem Steuerschleifensystem.
Der Phasendetektor 14 hat die Funktion des Detektierens der Phasendifferenz zwischen einem Eingangstakt CLKein (wie ein Referenztakt) und einem Oszillationsausgangssignal, das einen Ausgangstakt CLKaus der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung (oder der Frequenzteilungsschaltung 17) gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert.
Das Detektionssignal, das als ein Ergebnis des Phasendetektors 14 erzeugt wird, der die Phasendifferenz zwischen dem Eingangstakt und dem Oszillationsausgangssignal detektiert, wird an die Ladungspumpschaltung 15 angelegt. Die La- dungspumpschaltung 15 gibt eine Phasendifferenzspannung ent- sprechend der Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Oszillationsausgangssignal aus.
Die Phasendifferenzspannung, die von der Ladungspump-Schaltung 15 ausgegeben wird, wird, nachdem sie durch den Tiefpassfilter 16 geglättet wurde, an die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt. Diese spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung er zeugt ein Oszillationsausgangssignal, das eine Oszillationsfrequenz gemäß der Phasendifferenzspannung hat, die geglättet wurde. Das Oszillationsausgangssignal von dieser spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung wird in den Phasendetektor 14 eingegeben, direkt oder nachdem die Oszillationsfrequenz in einen phasendetektierbaren Wert durch die Frequenzteilungsschaltung 17 eingestellt wurde.
Die Verwendung einer spannungsgesteuerten Oszillatorsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oszilla- tion ohne jede Unterbrechung stabil aufrechterhalten, selbst wenn die Eingansspannung zu der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung als ein Ergebnis eines verlängerten Ausbleibens des Eingangstaktes oder einer ähnlichen Situation auf 0 V reduziert wird. Es ist somit möglich, die Zeitdauer von dem Punkt, wenn der Eingangstakt wieder zugeführt wird, bis zu dem Punkt, wenn die Oszillationsfrequenz auf einen vorgegebenen Pegel in den PLL-Oszillator ansteigt, bemerkenswert zu verringern.
Wie oben beschrieben wurde, ist ein erster Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß verschieden repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass die Oszillation in stabiler Weise aufrechterhalten werden kann, selbst wenn die Eingangsspannung auf 0 V reduziert ist, im Hinblick auf die Tatsache, dass eine Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen, die einen festen Widerstandswert haben, parallel zu einer Mehrzahl von jeweiligen Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten, wie Transfergates, geschaltet ist, zum Ändern der Oszillationsfrequenz gemäß einer externen Spannung. Folglich kann ein PLL-Oszillator, der die oben angegebene spannungs gesteuerte Oszillatorschaltung verwendet, eine Zunahme in der Zeitdauer verhindern, die benötigt wird, bevor ein Ansteigen auf eine vorgegebene Frequenz erfolgt, nachdem Leistung eingeschaltet wurde, wodurch es ermöglicht wird, die Anstiegszeit bemerkenswert zu verringern, die erforderlich ist, um eine stabile Oszillation jedes einzelnen Oszillators zu erhalten.
Ein zweiter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsache, dass ein festes Widerstandsschaltungselement parallel zu einem variablen Widerstandsschaltungselement geschaltet ist, die jedes einer Mehrzahl von Oszillationsfrequenzvariablen-Steuereinheiten zum Ändern der Oszillationsfrequenz gemäß einer externen Spannung bilden, der Widerstand zwischen den Inversionsschaltungselementen daran gehindert wird, zuzunehmen, selbst in dem Fall, in welchem die Eingangsspannung auf 0 V reduziert wird, und die variablen Widerstandsschaltungselemente dazu kommen, eine hohe Impedanz anzunehmen. Folglich können, selbst in dem Fall, in welchem die Eingangsspannung auf 0 V reduziert wird, die festen Wi- derstandsschaltungselemente die Funktion davon ausführen, um eine stabile Oszillation zu verwirklichen.
Ein dritter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsa- che, dass ein fester Widerstand parallel mit jedem einer Mehrzahl von variablen Widerstandsschaltungselementen geschaltet ist, die Oszillation in stabiler Weise durch Einstellen des Widerstandes des festen Widerstandes auf einen geeigneten Wert aufrechterhalten werden kann, selbst in dem Fall, in welchem der Eingangsspannungspegel reduziert ist auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel zur Zeit des Einschaltens von Leistung oder zur Zeit des Verwendens eines PLL-Oszillators erreicht.
Ein vierter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsache, dass ein MOS-Transistor, der einen festen Widerstandswert unter einer vorgegebenen Spannung hat, parallel mit jedem einer Mehrzahl von variablen Widerstandsschaltungselementen geschaltet ist, die Oszillation in einer stabilen Weise aufrechterhalten wird, selbst in dem Fall, in welchem der Eingangsspannungspegel reduziert wird auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel zu der Zeit des Einschaltens, der Leistung oder zu der Zeit des Verwendens eines PLL-. Oszillators erreicht, und gleichzeitig die Oszillatorschaltung mit einer einzelnen integrierten Halbleiterschaltung realisiert werden kann.
Ein fünfter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsa- che, dass jedes einer Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen realisiert ist durch ein polykristallines Si- liciumelement, das einen festen Widerstandswert hat, die Oszillation in einer stabilen Weise aufrechterhalten wird, selbst in dem Fall, in welchem der Eingangsspannungspegel reduziert ist auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel zu der Zeit des Einschaltens von Leistung oder zu der Zeit des Verwendens eines PLL-Oszillators erreicht, und gleichzeitig jedes der festen Widerstandsschaltungsehemente, das das polykristalline Siliciumelement verwendet, auf einem einzelnen Substrat zusammen mit der integrierten Halbleiterschaltung leicht zusammengebaut werden kann.
Ein sechster Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszil-latorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsache, dass jedes einer Mehrzahl von festen Widerstandsschaltungselementen durch eine in ein Substrat eingebettete Diffusionsschicht realisiert ist, die den festen Widerstandswert hat, die Oszillation in einer stabilen Weise aufrechterhalten wird, selbst in dem Fall, in welchem der Eingangsspannungspegel reduziert ist auf 0 V oder den Leistungsquellenspannungspegel zu der Zeit des Einschaltens von Leistung oder zu der Zeit des Verwendens eines PLL-Oszillators erreicht, und gleichzeitig jedes der festen Widerstandsschaltungselemente, das die Diffusionsschicht verwendet, auf einem einzelnen Substrat zusammen mit der integrierten Halbleiterschaltung leicht realisiert werden kann.
Ein siebter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsache, dass der MOS-Transistor, der jedes einer Mehrzahl von variablen Widerstandsschaltungselemente bildet, ein Verar- mungstyp-Transistor ist, der Transistor selbst in dem Fall eingeschaltet werden kann, in welchem eine Spannung, die eine Vorspannung bereitstellt, nicht an das Gate des Transistors angelegt ist. In diesem Fall kann der Verarmungstyp.-Transistor die Doppelfunktion eines variablen Widerstandsschaltungselements und eines festen Widerstandschaltungsele ments ausführen, und kann daher die Oszillation mit einer vergleichsweise einfachen Schaltungskonfiguration aufrechterhalten werden.
Ein achter Vorteil einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung gemäß repräsentativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass im Hinblick auf die Tatsache, dass der MOS-Transistor, der jedes einer Mehrzahl von variablen Widerstandsschaltungselementen bildet, ein Transistor des Kurzkanaltyps ist, der Transistor auch in dem Fall eingeschaltet werden kann, in welchem eine Spannung, die eine Vorspannung bereitstellt, nicht an das Gate des Transistors angelegt ist. In diesem Fall kann der Transistor des Kurzkanaltyps die Doppelfunktion eines variablen Widerstandsschaltungselements und eines festen Widerstandsschal- tungselements ausführen, und kann daher die Oszillation mit einer vergleichsweise einfachen Schaltungskonfiguration aufrechterhalten werden.

Claims

Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung mit: einer ungradzahligen Anzahl von Inversionsschaltungselementen (1–1 bis 1 – (2n + 1)), die miteinander in Reihe geschaltet sind, um ihre Ausgangssignale bezüglich der jeweiligen Eingangssignale zu invertieren, wobei eine Ausgangsseite der letzten Stufe eines der Inversionsschaltungselemente (1–1 bis 1 – (2n + 1)) mit einer Eingangsseite der ersten Stufe eines der Inversionsschaltungselemente (1–1 bis 1 – (2n + 1)) verbunden ist, um eine Oszillation zu verursachen; und einer Vielzahl von Steuereinheiten (2–1 bis 2 – (2n + 1)) der Oszillationsfrequenzvariablen, die in Korrespondenz mit benachbarten der Inversionsschaltungselemente eingefügt sind, um eine Oszillationsfrequenz zu ändern, die sich auf die Oszillation in Übereinstimmung mit einer externen Spannung bezieht, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3 – 1 bis 3 – (2n + 1)) mit jeweils einem festen Widerstandswert, die jeweils parallel zu der Steuereinheiten (2–1 bis 2 – (2n + 1)) der Oszillationsvariablen angeschlossen sind.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, bei der jede der Vielzahl von Oszillationsfrequenzvariablen- Steuereinheiten (2–1 bis 2 – (2n + 1)) ein variables Widerstands-Schaltungselement enthält, das einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert hat, der in Übereinstimmung mit der externen Spannung variabel ist, und bei der die Oszillatioinsfrequenz basierend auf dem Widerstandswert des variablen Wider-Stands bestimmt wird.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jedes der Vielzahl von festen widerstandschaltungs elementen (3–1 bis 3 – (2n + 1)) wenigstens einen festen Widerstand enthält.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jedes der Vielzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3–1 bis 3 – (2n + 1)) wenigsten einen MOS-Transistor enthält und bei der ein Widerstand des festen widerstandswertes durch Anwenden einer vorbestimmten Spannung auf den MOS-Transistor realisiert wird.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch i oder 2, bei der jedes der Vielzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3–1 bis 3 – (2n + 1)) wenigstens ein polykristallines Siliciumelement enthält, und bei der der Widerstand mit einem , festen Widerstandswert durch das polykristalline Siliciumelement verwirklicht werden kann.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jedes der Vielzahl von festen Widerstandsschaltungselementen (3–1 bis 3 – (2n + 1)) wenigstens eine Diffusionsschicht enthält, und bei der der Widerstand mit einem festen Widerstandswert durch die Diffusionsschicht verwirklicht werden kann.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheiten für die Oszillationsfrequenzvariabien Transfergates sind, die jeweils einen MOS-Transistor enthalten; der zwischen jeweils benachbarte der Inversionsschaltungselemente eingefügt ist.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, bei der der MOS-Transistor ein Verarmungstyp-Transistor ist und und der MOS-Transistor ein geschaltet wird, um dadurch die Oszilla tion aufrecht zu erhalten, selbst in dem Fall in dem der MOS-Transistor nicht mit einer Gate-Spannung versorgt wird.
Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach Anspruch 7; bei der der MOS-Transistor ein Kurzkanaltyp-Transistor ist, der eine kurze Kanallänge hat, und der MOSTransistor ein geschaltet wird, um dadurch die Oszillation selbst in dem Fall aufrecht zu erhalten, in dem der MOS-Transistor nicht mit einer Gate-Spannung versorgt wird.