JP2002185290A - Ring oscillator - Google Patents

Ring oscillator

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JP2002185290A
JP2002185290A JP2000375103A JP2000375103A JP2002185290A JP 2002185290 A JP2002185290 A JP 2002185290A JP 2000375103 A JP2000375103 A JP 2000375103A JP 2000375103 A JP2000375103 A JP 2000375103A JP 2002185290 A JP2002185290 A JP 2002185290A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ring oscillator which can be controlled its oscillating frequency from the outside and can reduce generation of a noise caused by an over current produced during operation. SOLUTION: Odd-numbered ranks of CSL-type inverters 11 are connected in series and the output of the last rank of CSL-type inverters 11 is feedback to the input side of he first rank of CSL-type inverters 11, thereby having the oscillator oscillate by itself. Also, the oscillator comprises bias applied terminals 12 and 13 to which bias voltages BIAS1, BIAS2 are applied. Furthermore when the oscillation gets into operation, a fixed voltage as the BIAS1 is supplied from the outside to the bias applied terminal 12 and a voltage whose voltage value is variable as the BIAS2 is supplied from the outside to the bias applied terminal 13, thereby controlling the oscillating frequency from the outside.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CMOSインバー
タのようなインバータを用いたリングオシレータに関す
るものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a ring oscillator using an inverter such as a CMOS inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のリングオシレータとしては、図1
0に示すように、インバータ1を奇数段直列に接続し、
終段のインバータ1の出力を、初段のインバータ1の入
力側に帰還させるようにしたものが知られている。イン
バータ1としては、例えば図11に示すように、PMO
SトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ2を組み
合わせたCMOSインバータなどが用いられる。
2. Description of the Related Art As a conventional ring oscillator, FIG.
0, the inverters 1 are connected in odd-numbered stages in series,
It is known that the output of the last-stage inverter 1 is fed back to the input side of the first-stage inverter 1. As the inverter 1, for example, as shown in FIG.
A CMOS inverter or the like combining the S transistor Q1 and the NMOS transistor Q2 is used.

【0003】ところで、CMOSインバータの特徴は、
ロジックが定常状態にあるときに、すなわち出力がハイ
レベル(Hレベル)またローレベル(Lレベル)のいず
れか一方のときには、消費電流が流れないことである。
そして、CMOSインバータを、図10に示すように、
発振器の構成要素として用いる場合には、発振動作中
に、その出力がHレベルとLレベルの遷移が常に生じる
ことになる。
[0003] The features of the CMOS inverter are as follows.
When the logic is in a steady state, that is, when the output is one of a high level (H level) and a low level (L level), no current consumption flows.
Then, as shown in FIG.
When used as a component of an oscillator, the output thereof always transitions between H level and L level during the oscillation operation.

【0004】CMOSインバータの入力が遷移すると出
力が反転するため、電荷の充放電が行われる。さらに、
場合によっては電源とグランドの間に貫通電流が生ずる
こともある。いずれの場合も、過渡電流が流れることに
なる。この過渡電流は、電流経路中の寄生抵抗によって
電圧に変換され、電源ラインのノイズとして乗ったり、
MOSトランジスタのチャネル部分を通過した電流は、
MOSトランジスタの基板部分にノイズとして伝播す
る。
When the input of the CMOS inverter transitions, the output is inverted, so that charge and discharge are performed. further,
In some cases, a through current may occur between the power supply and the ground. In either case, a transient current will flow. This transient current is converted to a voltage by the parasitic resistance in the current path,
The current passing through the channel of the MOS transistor is
The noise propagates to the substrate of the MOS transistor as noise.

【0005】したがって、従来からのCMOSインバー
タを用いたリングオシレータでは、高速動作させる場合
には、その動作時に発生するノイズを少なくすることが
できなかった。特に、デジタル部とアナログ部とが混在
するデジタル・アナログ混成回路では、上記のように発
生したノイズが、特にデジタル部側のCMOS回路がア
ナログ部側に与える影響が大きいので、デジタル部とア
ナログ部とを基板上で電気的に分離するために、ガート
リングを設けたりするなどの対策が行なわれている。
Therefore, in a conventional ring oscillator using a CMOS inverter, when operating at a high speed, noise generated during the operation cannot be reduced. In particular, in a digital / analog hybrid circuit in which a digital section and an analog section are mixed, the noise generated as described above has a large effect on the analog section, particularly by the CMOS circuit on the digital section side. In order to electrically separate these from each other on a substrate, measures such as providing a gart ring are taken.

【0006】一方、CMOSインバータを用いたリング
オシレータの発振周波数に着目すると、その発振周波数
はCMOSインバータの接続段数に比例する。従って、
各CMOSインバータの遅延時間をtpd、CMOSイ
ンバータ(リングオシレータ)の段数をNとすると、リ
ングオシレータの発振周期はTは、次の(1)式のよう
になる。
On the other hand, when attention is paid to the oscillation frequency of a ring oscillator using a CMOS inverter, the oscillation frequency is proportional to the number of connection stages of the CMOS inverter. Therefore,
Assuming that the delay time of each CMOS inverter is tpd and the number of stages of the CMOS inverter (ring oscillator) is N, the oscillation cycle of the ring oscillator is expressed by the following equation (1).

【0007】T=(tpd×N)+δ (1) ここで、δは、リングオシレータを構成するCMOSイ
ンバータ間の配線の寄生抵抗と寄生容量による時定数で
ある。
T = (tpd × N) + δ (1) Here, δ is a time constant due to a parasitic resistance and a parasitic capacitance of a wiring between CMOS inverters constituting the ring oscillator.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、CMOSイ
ンバータの段数を減らして発振周期を短くした場合、リ
ングオシレータの各段の出力が反転する前に入力信号が
変化してしまう場合があり、このような場合には、各段
の出力が電源電圧とグランドの間の中間の電位に固定さ
れてしまい、発振を停止してしまう場合がある。
However, when the oscillation period is shortened by reducing the number of stages of the CMOS inverter, the input signal may change before the output of each stage of the ring oscillator is inverted. In such a case, the output of each stage may be fixed at an intermediate potential between the power supply voltage and the ground, and the oscillation may be stopped.

【0009】そのため、CMOSインバータでリングオ
シレータを構成する場合には、インバータの接続段数を
ある数以上としたり、MOSトランジスタのゲート長を
長くして遅延時間tpdを大きくしたり、またはインバ
ータ間に遅延バッファを挿入する方法を採用する。しか
し、これらの方法によれば、回路全体のレイアウト面積
の増大や、遷移にかかる時間が長くなるため、貫通電流
が増大するおそれがある。
Therefore, when a ring oscillator is constituted by a CMOS inverter, the number of connection stages of the inverter is set to a certain number or more, the gate length of the MOS transistor is increased to increase the delay time tpd, or the delay between the inverters is increased. The method of inserting a buffer is adopted. However, according to these methods, the layout area of the entire circuit is increased, and the time required for transition is increased, so that the through current may be increased.

【0010】また、従来のようにインバータのみで構成
されるリングオシレータでは、発振周波数を可変するこ
とは困難であった。そこで、本発明の目的は、動作時に
生じる過渡的な電流に起因する雑音の発生を軽減するよ
うにしたリングオシレータを提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、同一発振周波数であれば、従
来のリングオシレータに比較して、インバータの直列接
続の段数を軽減できるようにしたリングオシレータを提
供することにある。
Further, it has been difficult to vary the oscillation frequency in a conventional ring oscillator composed only of inverters. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a ring oscillator that reduces the generation of noise due to a transient current generated during operation. It is another object of the present invention to provide a ring oscillator which can reduce the number of inverters connected in series as compared with a conventional ring oscillator at the same oscillation frequency.

【0011】さらに、本発明の他の目的は、発振周波数
が可変できるリングオシレータを提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a ring oscillator whose oscillation frequency can be varied.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し本発
明の目的を達成するするために、請求項1〜請求項6に
記載の各発明は、以下のように構成した。すなわち、請
求項1に記載の発明は、インバータを奇数段直列に接続
し、終段のインバータの出力を初段のインバータの入力
側に帰還させて自己発振させるリングオシレータであっ
て、前記各インバータを、CSL型インバータで形成す
るようにしたことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, each of the inventions according to claims 1 to 6 is configured as follows. That is, the invention according to claim 1 is a ring oscillator in which inverters are connected in series in an odd number of stages and the output of the last-stage inverter is fed back to the input side of the first-stage inverter to perform self-oscillation. , And CSL type inverters.

【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のリングオシレータにおいて、前記各CSL型インバー
タはバイアス印加端子を有し、前記CSL型インバータ
のうちの少なくとも1つのインバータのバイアス印加端
子に印加するバイアスを可変して発振周波数を可変自在
にしたことを特徴とするものである。請求項3に記載の
発明は、インバータを奇数段直列に接続し、終段のイン
バータの出力を初段のインバータの入力側に帰還させて
自己発振させるリングオシレータであって、前記奇数段
の各インバータをCSL型インバータで形成するととも
に、前記CSL型インバータのうちの少なくも1つは、
前記CSL型インバータよりも駆動能力が低く、入出力
間に逆接続される帰還用のCSL型インバータを含むよ
うにしたことを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the ring oscillator according to the first aspect, each of the CSL type inverters has a bias application terminal, and a bias application terminal of at least one of the CSL type inverters. The oscillation frequency can be made variable by changing the bias applied to the power supply. The invention according to claim 3 is a ring oscillator in which inverters are connected in series in an odd-numbered stage, and the output of the last-stage inverter is fed back to the input side of the first-stage inverter to perform self-oscillation. Is formed by a CSL type inverter, and at least one of the CSL type inverters includes:
A driving capability is lower than that of the CSL type inverter, and a feedback CSL type inverter reversely connected between the input and the output is included.

【0014】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
のリングオシレータにおいて、前記奇数段の各CSL型
インバータと前記帰還用のCSL型インバータはバイア
ス印加端子を有し、前記CSL型インバータのうちの少
なくとも1つのインバータに印加するバイアスを可変し
て発振周波数を可変自在にしたことを特徴とするもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ring oscillator according to the third aspect, each of the odd-numbered CSL type inverters and the feedback CSL type inverter has a bias application terminal, and Wherein the bias applied to at least one of the inverters is varied to make the oscillation frequency variable.

【0015】請求項5に記載の発明は、請求項3に記載
のリングオシレータにおいて、前記奇数段のCSL型イ
ンバータは、第1と第2のバイアスがそれぞれ印加され
る第1と第2のバイアス印加端子を有するとともに、前
記帰還用のCSL型インバータは、第3のバイアスが印
加される第3のバイアス印加端子を有し、前記第1のバ
イアス印加端子には固定の第1のバイアスを印加すると
ともに、前記第2のバイアス印加端子には可変の第2バ
イアスを印加するようにし、かつ、前記第3のバイアス
印加端子には前記第2のバイアスおよび第3のバイアス
のうちのいずれか一方を印加するようにしたことを特徴
とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the ring oscillator according to the third aspect, the odd-numbered-stage CSL type inverter has first and second biases to which first and second biases are applied, respectively. The feedback CSL-type inverter has a third bias application terminal to which a third bias is applied, and applies a fixed first bias to the first bias application terminal. And a variable second bias is applied to the second bias application terminal, and one of the second bias and the third bias is applied to the third bias application terminal. Is applied.

【0016】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
のリングオシレータにおいて、前記CSL型インバータ
の各第2のバイアス印加端子には、可変する共通のバイ
アス、または可変する個別の各バイアスを印加するよう
にしたことを特徴とするものである。このように、本発
明によれば、インバータとしてCSL型インバータを用
いるようにしたので、スイッチング動作時に過渡的な電
流が発生せず、その電流に起因する雑音の発生を軽減で
きる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ring oscillator according to the fifth aspect, a variable common bias or a variable individual bias is applied to each second bias application terminal of the CSL type inverter. Is applied. As described above, according to the present invention, since the CSL type inverter is used as the inverter, a transient current does not occur during the switching operation, and the generation of noise due to the current can be reduced.

【0017】また、本発明において、CSL型インバー
タの入出力間にそれよりも駆動能力の低いCSL型イン
バータを逆に接続するようにした場合には、Hレベルと
Lレベルの遷移時間を調整できる。このため、同一の発
振周波数を得る場合には、従来のリングオシレータに比
べて、インバータの直列接続の段数を軽減化することが
できる。
In the present invention, when a CSL type inverter having a lower driving capability is connected in reverse between the input and output of the CSL type inverter, the transition time between the H level and the L level can be adjusted. . Therefore, when obtaining the same oscillation frequency, the number of inverters connected in series can be reduced as compared with the conventional ring oscillator.

【0018】さらに、本発明において、CSL型インバ
ータに印加するバイアスを可変させる場合には、そのバ
イアスを可変させることにより、例えば外部から発振周
波数を制御できる。さらにまた、本発明では発振周波数
を可変できるので、発振周波数を下げて使用可能な場合
には、その発振周波数を下げることにより消費電力を軽
減化することができる。
Further, in the present invention, when the bias applied to the CSL type inverter is varied, the oscillation frequency can be externally controlled by varying the bias. Furthermore, since the oscillation frequency can be varied in the present invention, if the oscillation frequency can be reduced and the device can be used, power consumption can be reduced by decreasing the oscillation frequency.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明のリングオシレータ
の第1実施形態について、図面を参照して説明する。こ
の第1実施形態に係るリングオシレータは、インバータ
として図1に示すようなCSL(Current Steering Log
ic)型インバータ11を使用するようにしたので、ま
ず、このCSL型インバータについて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of a ring oscillator according to the present invention will be described with reference to the drawings. The ring oscillator according to the first embodiment has a CSL (Current Steering Log) as an inverter as shown in FIG.
Since the ic) type inverter 11 is used, the CSL type inverter will be described first.

【0020】ここで、図1は、CSL型インバータの具
体的な構成を示す回路図であり、図2は、それのシンボ
ル例を示す図である。このCSL型インバータ11は、
図1に示すように、スイッチング素子であるNMOSト
ランジスタQ11を有し、このNMOSトランジスタに
はダイーオド接続されたNMOSトランジスタQ12が
並列に接続されている。また、NMOSトランジスタQ
11、Q12には、PMOSトランジスタQ13、Q1
4からなる定電流源により定電流が供給されるようにな
っている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a specific configuration of a CSL type inverter, and FIG. 2 is a diagram showing an example of symbols of the inverter. This CSL type inverter 11
As shown in FIG. 1, it has an NMOS transistor Q11 as a switching element, and a diode-connected NMOS transistor Q12 is connected in parallel to this NMOS transistor. Also, the NMOS transistor Q
11, Q12 include PMOS transistors Q13, Q1
The constant current source 4 supplies a constant current.

【0021】さらに詳述すると、NMOSトランジスタ
Q11は、そのゲートに入力電圧INが印加され、その
ソースが接地され、そのドレインから出力電圧OUTを
取り出すようになっている。NMOSトランジスタQ1
2は、そのゲートが自己のドレイン、NMOSトランジ
スタQ11のドレイン、およびPMOSトランジスタQ
14のドレインと共通に接続され、かつ、そのソースが
接地されている。
More specifically, in the NMOS transistor Q11, the input voltage IN is applied to the gate, the source is grounded, and the output voltage OUT is taken out from the drain. NMOS transistor Q1
2 has a gate that has its own drain, the drain of the NMOS transistor Q11, and the
14, and the source is grounded.

【0022】PMOSトランジスタQ13、Q14はカ
スコード接続されて定電流源を構成している。そして、
PMOSトランジスタQ13のソースには電源電圧が供
給され、PMOSトランジスタQ14のドレインはNM
OSトランジスタQ11のドレイン等に共通に接続され
ている。また、PMOSトランジスタQ13のゲートに
は、バイアス電圧BIAS1が印加され、これにより定
電流源の電流量が調整されるようになっている。PMO
SトランジスタQ14のゲートには、バイアス電圧BI
AS2が印加され、これによりPMOSトランジスタQ
14を飽和領域で動作させて定電流性を高めるようにし
ている。
The PMOS transistors Q13 and Q14 are cascode-connected to form a constant current source. And
The power supply voltage is supplied to the source of the PMOS transistor Q13, and the drain of the PMOS transistor Q14 is set to NM.
Commonly connected to the drain and the like of the OS transistor Q11. The bias voltage BIAS1 is applied to the gate of the PMOS transistor Q13, whereby the amount of current of the constant current source is adjusted. PMO
The gate of the S transistor Q14 has a bias voltage BI
AS2 is applied, which causes the PMOS transistor Q
14 is operated in the saturation region to increase the constant current property.

【0023】次に、このような構成からなるCSL型イ
ンバータの動作例について、以下に説明する。いま、P
MOSトランジスタQ13、Q14からなる定電流源
が、NMOSトランジスタQ11、Q12に所定の定電
流(例えば500μA)を供給しているものとする。
Next, an operation example of the CSL type inverter having such a configuration will be described below. Now, P
It is assumed that the constant current source including the MOS transistors Q13 and Q14 supplies a predetermined constant current (for example, 500 μA) to the NMOS transistors Q11 and Q12.

【0024】このとき、NMOSトランジスタQ11の
ゲートにHレベルが入力されると、NMOSトランジス
タQ11がオンし、その定電流はNMOSトランジスタ
Q11に流れる。NMOSトランジスタQ11では、こ
の定電流に対して所定の電圧降下(例えば数10mV程
度)があり、これがLレベルとして出力される。一方、
NMOSトランジスタQ11のゲートにLレベルが入力
されると、NMOSトランジスタQ11はオフし、その
定電流はダイオード接続されるNMOSトランジスタQ
12に流れる。NMOSトランジスタQ12では、その
定電流に対して2V程度の電圧降下があり、これがHレ
ベルとして出力される。
At this time, when an H level is input to the gate of the NMOS transistor Q11, the NMOS transistor Q11 turns on, and its constant current flows through the NMOS transistor Q11. In the NMOS transistor Q11, there is a predetermined voltage drop (for example, about several tens mV) with respect to this constant current, and this is output as an L level. on the other hand,
When an L level is input to the gate of the NMOS transistor Q11, the NMOS transistor Q11 is turned off, and the constant current is supplied to the diode-connected NMOS transistor Q11.
Flows to 12. The NMOS transistor Q12 has a voltage drop of about 2 V with respect to the constant current, and this is output as the H level.

【0025】このように、CSL型インバータによれ
ば、常に定電流が流れ、スイッチング動作時に、過渡的
な電流が生じないので、その過渡的な電流に起因する雑
音を軽減することができる。次に、この第1実施形態に
係るリングオシレータについて、図3を参照して説明す
る。
As described above, according to the CSL type inverter, a constant current always flows, and a transient current does not occur during the switching operation, so that noise caused by the transient current can be reduced. Next, the ring oscillator according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0026】この第1実施形態に係るリングオシレータ
は、図3に示すように、図1に示すCSL型インバータ
11を奇数段直列に接続し、終段のCSL型インバータ
11の出力を、初段のCSL型インバータ1の入力側に
帰還させて自己発振するようになっている。また、この
第1実施形態に係るリングオシレータは、図3に示すよ
うに、バイアス電圧BIAS1、BIAS2をそれぞれ
印加するバイアス印加端子12、13を有している。そ
して、バイアス印加端子12は、CSL型インバータ1
1のPMOSトランジスタQ13の各ゲートに共通接続
され、バイアス印加端子13は、CSL型インバータ1
1のPMOSトランジスタQ14の各ゲートに共通接続
されている。
In the ring oscillator according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the CSL type inverters 11 shown in FIG. 1 are connected in series in an odd number of stages, and the output of the last stage CSL type inverter 11 is connected to the first stage. The signal is fed back to the input side of the CSL type inverter 1 and self-oscillates. Further, as shown in FIG. 3, the ring oscillator according to the first embodiment has bias application terminals 12 and 13 for applying bias voltages BIAS1 and BIAS2, respectively. The bias application terminal 12 is connected to the CSL type inverter 1
1 is connected to each gate of the PMOS transistor Q13, and the bias application terminal 13 is connected to the CSL type inverter 1
Commonly connected to each gate of one PMOS transistor Q14.

【0027】さらに、この第1実施形態に係るリングオ
シレータでは、発振動作時に、バイアス印加端子12に
は、バイアス電圧BIAS1として固定の電圧が外部か
ら供給されるとともに、バイアス印加端子13には、バ
イアス電圧BIAS2として電圧値が変化する電圧が外
部から供給され、これにより外部から発振周波数が制御
(可変)されるようになっている。
Further, in the ring oscillator according to the first embodiment, during the oscillation operation, a fixed voltage as the bias voltage BIAS1 is externally supplied to the bias application terminal 12, and the bias application terminal 13 is supplied with the bias voltage. As the voltage BIAS2, a voltage whose voltage value changes is supplied from the outside, whereby the oscillation frequency is externally controlled (variable).

【0028】以上説明したように、第1実施形態によれ
ば、CSL型インバータを使用するようにしたので、ス
イッチング動作する際に過渡的な電流が発生せず、この
過渡的な電流に起因する雑音の発生を軽減できる。ま
た、この第1実施形態によれば、バイアス印加端子であ
るPMOSトランジスタQ14のゲートに、電圧が可変
するバイアス電圧BIAS2を外部から印加するように
したので、外部から発振周波数を制御できる。
As described above, according to the first embodiment, since the CSL type inverter is used, no transient current is generated at the time of the switching operation, and the transient current is generated. Generation of noise can be reduced. Further, according to the first embodiment, since the bias voltage BIAS2 whose voltage is variable is externally applied to the gate of the PMOS transistor Q14, which is the bias application terminal, the oscillation frequency can be externally controlled.

【0029】さらに、第1実施形態によれば、発振周波
数を可変できるので、発振周波数を下げて使用可能な場
合には、その発振周波数を下げることにより消費電力を
軽減化することができる。なお、第1実施形態では、リ
ングオシレータを構成する全てのCSL型インバータ1
1に、バイアス電圧BIAS2として、電圧値が変化す
る共通のバイアス電圧を外部から一律に供給し、これに
より外部から発振周波数を制御する場合について説明し
た。
Furthermore, according to the first embodiment, since the oscillation frequency can be varied, when the oscillation frequency can be reduced, the power consumption can be reduced by lowering the oscillation frequency. In the first embodiment, all the CSL type inverters 1 constituting the ring oscillator
1, a case has been described in which a common bias voltage whose voltage value changes is uniformly supplied from the outside as the bias voltage BIAS2, thereby controlling the oscillation frequency from the outside.

【0030】しかし、これに代えて、バイアス電圧BI
AS2として電圧値が変化する個別の電圧をインバータ
にそれぞれ供給し、発振周波数を制御するようにしても
良い。また、全てのCSL型インバータ11のうち、少
なくとも1つのインバータ11に電圧値が変化するバイ
アス電圧を供給し、残りのインバータ11には電圧値が
固定のバイアス電圧を供給し、発振周波数を制御するよ
うにしても良い。
However, instead of this, the bias voltage BI
As the AS2, an individual voltage whose voltage value changes may be supplied to each inverter to control the oscillation frequency. Further, among all the CSL type inverters 11, a bias voltage whose voltage value changes is supplied to at least one inverter 11, and a bias voltage whose voltage value is fixed is supplied to the remaining inverters 11, thereby controlling the oscillation frequency. You may do it.

【0031】次に、本発明のリングオシレータの第2実
施形態について、図4および図5を参照して説明する。
この第2実施形態に係るリングオシレータは、図4に示
すように、図3に示す第1実施形態のリングオシレータ
を基本にし、その各CSL型インバータ11の入力と出
力との間に、CSL型インバータ11よりも駆動能力が
低い帰還用のCSL型インバータ21を逆接続するよう
にしたものである。そして、CSL型インバータ21に
は、CSL型インバータ11に印加される共通のバイア
ス電圧BIAS2が印加されるようになっている。
Next, a second embodiment of the ring oscillator of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the ring oscillator according to the second embodiment is based on the ring oscillator of the first embodiment shown in FIG. 3, and a CSL type inverter is provided between the input and output of each CSL type inverter 11. In this configuration, a feedback CSL type inverter 21 having a lower driving capability than the inverter 11 is reversely connected. The common bias voltage BIAS2 applied to the CSL type inverter 11 is applied to the CSL type inverter 21.

【0032】ここで、第2実施形態の他の部分の構成
は、図3の第1実施形態の構成と同様であるので、同一
構成要素には同一符号を付してその説明は省略し、CS
L型インバータ21の具体的な構成について、図5を参
照して説明する。CSL型インバータ21は、図5に示
すように、スイッチング素子であるNMOSトランジス
タQ21を有し、このNMOSトランジスタQ21には
ダイーオド接続されたNMOSトランジスタQ22が並
列に接続されている。また、NMOSトランジスタQ2
1、Q22には、PMOSトランジスタQ13、Q24
かからなる定電流源により定電流が供給されるようにな
っている。
Here, since the configuration of the other parts of the second embodiment is the same as that of the first embodiment of FIG. 3, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. CS
The specific configuration of the L-type inverter 21 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the CSL type inverter 21 has an NMOS transistor Q21 as a switching element, and a diode-connected NMOS transistor Q22 is connected in parallel to the NMOS transistor Q21. Also, the NMOS transistor Q2
1, Q22 include PMOS transistors Q13, Q24
The constant current source is configured to supply a constant current.

【0033】さらに詳述すると、NMOSトランジスタ
Q21は、そのゲートがNMOSトランジスタQ11の
ドレインに接続され、そのソースが接地され、そのドレ
インがNMOSトランジスタQ11のゲートに接続され
ている。NMOSトランジスタQ22は、そのゲートが
自己のドレイン、NMOSトランジスタQ21のドレイ
ン、NMOSトランジスタQ11のゲート、およびPM
OSトランジスタQ24のドレインと共通に接続され、
かつ、そのソースが接地されている。
More specifically, the NMOS transistor Q21 has a gate connected to the drain of the NMOS transistor Q11, a source grounded, and a drain connected to the gate of the NMOS transistor Q11. The gate of the NMOS transistor Q22 has its own drain, the drain of the NMOS transistor Q21, the gate of the NMOS transistor Q11,
Commonly connected to the drain of the OS transistor Q24,
And its source is grounded.

【0034】PMOSトランジスタQ24は、そのゲー
トがPMOSトランジスタQ14のゲートに接続されて
共通のバイアス電圧BIAS2が印加されるとともに、
そのソースがPMOSトランジスタQ13のドレインに
接続されている。以上説明したように、第2実施形態に
よれば、CSL型インバータを使用するようにしたの
で、スイッチング動作する際に過渡的な電流が発生せ
ず、この過渡的な電流に起因する雑音の発生を軽減でき
る。
The gate of the PMOS transistor Q24 is connected to the gate of the PMOS transistor Q14, and a common bias voltage BIAS2 is applied.
Its source is connected to the drain of the PMOS transistor Q13. As described above, according to the second embodiment, since the CSL type inverter is used, no transient current is generated at the time of the switching operation, and noise generated due to the transient current is generated. Can be reduced.

【0035】また、この第2実施形態によれば、CSL
型インバータ11の入出力間にそれよりも駆動能力の低
いCSL型インバータ21を逆接続することにより、H
レベルとLレベルの遷移時間を調整するようにした。こ
のため、同一の発振周波数であれば、従来のリングオシ
レータに比べて、インバータ11の直列接続の段数を軽
減できる。
According to the second embodiment, the CSL
By connecting a CSL-type inverter 21 having a lower driving capability than the CSL-type inverter 21 between the input and output of the
The transition time between the level and the L level is adjusted. Therefore, if the oscillation frequency is the same, the number of inverters 11 connected in series can be reduced as compared with the conventional ring oscillator.

【0036】なお、CSL型インバータ11の直列接続
の個数を軽減できるものの、それに並列にCSL型イン
バータ21が接続されるが、CSL型インバータ21は
CSL型インバータ11に比べて回路規模が小さいの
で、全体としてレイアウト面積を減少できる。さらに、
この第2実施形態によれば、PMOSトランジスタQ1
4、Q24の各ゲートに、電圧が変化するバイアス電圧
BIAS2を外部から印加するようにしたので、外部か
ら発振周波数を制御できる。
Although the number of serially connected CSL type inverters 11 can be reduced, the CSL type inverters 21 are connected in parallel with the CSL type inverters 11, but since the CSL type inverters 21 are smaller in circuit scale than the CSL type inverters 11, The layout area can be reduced as a whole. further,
According to the second embodiment, the PMOS transistor Q1
4. Since the bias voltage BIAS2 whose voltage changes is externally applied to each gate of Q24, the oscillation frequency can be externally controlled.

【0037】なお、第2実施形態では、リングオシレー
タを構成する全てのCSL型インバータ11、21に、
バイアス電圧BIAS2として、電圧値が変化する共通
のバイアス電圧を外部から一律に供給し、これにより外
部から発振周波数を制御する場合について説明した。し
かし、これに代えて、バイアス電圧BIAS2として電
圧値が変化する個別の電圧を各インバータにそれぞれ供
給し、発振周波数を制御するようにしても良い。また、
全てのCSL型インバータ11、21のうち、少なくと
も1つのインバータに電圧値が変化するバイアス電圧を
供給し、残りのインバータには電圧値が固定のバイアス
電圧を供給するようにし、発振周波数を制御するように
しても良い。
In the second embodiment, all the CSL type inverters 11 and 21 constituting the ring oscillator are provided with:
As the bias voltage BIAS2, a case has been described in which a common bias voltage whose voltage value changes is uniformly supplied from the outside, and thereby the oscillation frequency is externally controlled. However, instead of this, an individual voltage whose voltage value changes as the bias voltage BIAS2 may be supplied to each inverter to control the oscillation frequency. Also,
A bias voltage whose voltage value changes is supplied to at least one of the CSL type inverters 11 and 21, and a bias voltage having a fixed voltage value is supplied to the remaining inverters, thereby controlling the oscillation frequency. You may do it.

【0038】次に、本発明のリングオシレータの第3実
施形態について、図6および図7を参照して説明する。
この第3実施形態に係るリングオシレータは、図6に示
すように、図4に示す第2実施形態のリングオシレータ
と基本的な構成を同様とし、その差異は、バイアス電圧
BIAS3を印加するバイアス印加端子31を追加し、
そのバイアス印加端子31を、CSL型インバータ21
のPMOSトランジスタQ24の各ゲートに共通接続す
るようにしたものである。このため、PMOSトランジ
スタQ24のゲートには、図7に示すように、電圧が変
化するバイアス電圧BIAS3が独立に印加されるよう
になっている。
Next, a third embodiment of the ring oscillator of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the ring oscillator according to the third embodiment has the same basic configuration as the ring oscillator of the second embodiment shown in FIG. 4, and the difference is that the bias application for applying the bias voltage BIAS3 is performed. Add terminal 31,
The bias application terminal 31 is connected to the CSL type inverter 21.
Are commonly connected to each gate of the PMOS transistor Q24. Therefore, as shown in FIG. 7, a bias voltage BIAS3 whose voltage changes is independently applied to the gate of the PMOS transistor Q24.

【0039】ここで、第3実施形態の他の部分の構成
は、図4の第2実施形態の構成と同様であるので、同一
構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。こ
のような構成からなる第3実施形態において、バイアス
電圧BIAS2、BIAS3として共通のバイアス電圧
を使用し、このバイアス電圧の変化と発振周波数の変化
の関係の一例を示すと、図8に示すようになる。
Here, since the configuration of the other parts of the third embodiment is the same as that of the second embodiment of FIG. 4, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. In the third embodiment having such a configuration, a common bias voltage is used as the bias voltages BIAS2 and BIAS3, and an example of the relationship between the change in the bias voltage and the change in the oscillation frequency is shown in FIG. Become.

【0040】以上のように、この第3実施形態によれ
ば、第2実施形態と同様の効果を実現できる。次に、図
1に示す従来回路、図3に示す第1実施形態の回路、お
よび図4に示す第2実施形態の回路について、シミュレ
ーションにより各回路の比較を行ったので、その結果を
図9に示す。
As described above, according to the third embodiment, the same effects as in the second embodiment can be realized. Next, the conventional circuit shown in FIG. 1, the circuit of the first embodiment shown in FIG. 3, and the circuit of the second embodiment shown in FIG. 4 were compared with each other by simulation. Shown in

【0041】図9に示すように、発振周波数が同じであ
れば、インバータの接続段数、レイアウト面積のいずれ
においても、第1実施形態と第2実施形態の回路の方
が、従来回路よりも優れていることがわかる。また、第
1実施形態と第2実施形態の回路を比較すると、第2実
施形態の回路の方が優れていることがわかる。
As shown in FIG. 9, when the oscillation frequency is the same, the circuits of the first embodiment and the second embodiment are superior to the conventional circuit in both the number of connected inverters and the layout area. You can see that it is. Also, comparing the circuits of the first embodiment and the second embodiment, it can be seen that the circuit of the second embodiment is superior.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータとしてCSL型インバータを用いるようにし
たので、スイッチング動作時に過渡的な電流が発生せ
ず、その電流に起因する雑音の発生を軽減できる。ま
た、本発明において、CSL型インバータの入出力間に
それよりも駆動能力の低いCSL型インバータを逆に接
続するようにした場合には、HレベルとLレベルの遷移
時間を調整できる。このため、同一の発振周波数を得る
場合には、従来のリングオシレータに比べて、インバー
タの直列接続の段数を軽減化することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the CSL type inverter is used as the inverter, no transient current is generated during the switching operation, and the generation of noise due to the current can be reduced. Further, in the present invention, when a CSL type inverter having a lower driving capability is connected in reverse between the input and output of the CSL type inverter, the transition time between the H level and the L level can be adjusted. Therefore, when obtaining the same oscillation frequency, the number of inverters connected in series can be reduced as compared with the conventional ring oscillator.

【0043】さらに、本発明において、CSL型インバ
ータに印加するバイアスを可変させる場合には、そのバ
イアスを可変させることにより、外部から発振周波数を
制御できる。さらにまた、本発明では発振周波数を可変
できるので、発振周波数を下げて使用可能な場合には、
その発振周波数を下げることにより消費電力を軽減化す
ることができる。
Further, in the present invention, when the bias applied to the CSL type inverter is varied, the oscillation frequency can be externally controlled by varying the bias. Furthermore, since the oscillation frequency can be varied in the present invention, when the oscillation frequency can be reduced and used,
Power consumption can be reduced by lowering the oscillation frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のリングオシレータの第1実施形態に使
用されるCSL型インバータの具体的な構成を示す回路
図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a specific configuration of a CSL inverter used in a first embodiment of a ring oscillator of the present invention.

【図2】そのCSL型インバータのシンボルを示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing symbols of the CSL type inverter.

【図3】本発明のリングオシレータの第1実施形態の構
成を示すブロックである。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a ring oscillator according to a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明のリングオシレータの第2実施形態の構
成を示すブロックである。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the ring oscillator of the present invention.

【図5】第2実施形態に使用されるCSL型インバータ
の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a CSL type inverter used in a second embodiment.

【図6】本発明のリングオシレータの第3実施形態の構
成を示すブロックである。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the ring oscillator of the present invention.

【図7】第3実施形態に使用されるCSL型インバータ
の構成を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a CSL type inverter used in a third embodiment.

【図8】バイアス電圧と発振周波数の関係を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a bias voltage and an oscillation frequency.

【図9】従来回路と実施形態の回路との比較例を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a comparative example of a conventional circuit and the circuit of the embodiment.

【図10】従来のリングオシレータの一例を示すブロッ
クである。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a conventional ring oscillator.

【図11】CMOSインバータの構成を示す回路図であ
る。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a CMOS inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Q11、Q12、Q21、Q22 NMOSトランジス
タ Q13、Q14、Q24 PMOSトランジスタ BIAS1 バイアス電圧(第1のバイアス) BIAS2 バイアス電圧(第2のバイアス) BIAS3 バイアス電圧(第3のバイアス) 11 CSL型インバータ 12、13、31 バイアス印加端子 21 CSL型インバータ
Q11, Q12, Q21, Q22 NMOS transistors Q13, Q14, Q24 PMOS transistor BIAS1 bias voltage (first bias) BIAS2 bias voltage (second bias) BIAS3 bias voltage (third bias) 11 CSL type inverters 12, 13 , 31 Bias application terminal 21 CSL type inverter

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インバータを奇数段直列に接続し、終段
のインバータの出力を初段のインバータの入力側に帰還
させて自己発振させるリングオシレータであって、 前記各インバータを、CSL(Current Steering Logi
c)型インバータで形成するようにしたことを特徴とす
るリングオシレータ。
1. A ring oscillator in which inverters are connected in series in an odd number of stages and an output of a last stage inverter is fed back to an input side of a first stage inverter to perform self-oscillation.
c) A ring oscillator characterized by being formed by a type inverter.
【請求項2】 前記各CSL型インバータはバイアス印
加端子を有し、前記CSL型インバータのうちの少なく
とも1つのインバータのバイアス印加端子に印加するバ
イアスを可変して発振周波数を可変自在にしたことを特
徴とする請求項1に記載のリングオシレータ。
2. The method according to claim 1, wherein each of the CSL type inverters has a bias application terminal, and a bias applied to a bias application terminal of at least one of the CSL type inverters is variable to make the oscillation frequency variable. The ring oscillator according to claim 1, wherein:
【請求項3】 インバータを奇数段直列に接続し、終段
のインバータの出力を初段のインバータの入力側に帰還
させて自己発振させるリングオシレータであって、 前記奇数段の各インバータをCSL型インバータで形成
するとともに、前記CSL型インバータのうちの少なく
も1つは、前記CSL型インバータよりも駆動能力が低
く、入出力間に逆接続される帰還用のCSL型インバー
タを含むようにしたことを特徴とするリングオシレー
タ。
3. A ring oscillator in which inverters are connected in series in an odd-numbered stage, and the output of the last-stage inverter is fed back to the input side of the first-stage inverter to perform self-oscillation. And at least one of the CSL-type inverters has a lower driving ability than the CSL-type inverter and includes a feedback CSL-type inverter reversely connected between input and output. Characterized ring oscillator.
【請求項4】 前記奇数段の各CSL型インバータと前
記帰還用のCSL型インバータはバイアス印加端子を有
し、前記CSL型インバータのうちの少なくとも1つの
インバータに印加するバイアスを可変して発振周波数を
可変自在にしたことを特徴とする請求項3に記載のリン
グオシレータ。
4. Each of the odd-numbered CSL-type inverters and the feedback CSL-type inverter has a bias application terminal, and oscillates by changing a bias applied to at least one of the CSL-type inverters. 4. The ring oscillator according to claim 3, wherein the distance is variable.
【請求項5】 前記奇数段のCSL型インバータは、第
1と第2のバイアスがそれぞれ印加される第1と第2の
バイアス印加端子を有するとともに、前記帰還用のCS
L型インバータは、第3のバイアスが印加される第3の
バイアス印加端子を有し、 前記第1のバイアス印加端子には固定の第1のバイアス
を印加するとともに、前記第2のバイアス印加端子には
可変の第2バイアスを印加するようにし、かつ、前記第
3のバイアス印加端子には前記第2のバイアスおよび第
3のバイアスのうちのいずれか一方を印加するようにし
たことを特徴とする請求項3に記載のリングオシレー
タ。
5. The odd-numbered-stage CSL type inverter has first and second bias application terminals to which first and second biases are applied, respectively, and the feedback CS line.
The L-type inverter has a third bias application terminal to which a third bias is applied, and applies a fixed first bias to the first bias application terminal and the second bias application terminal. , A variable second bias is applied, and one of the second bias and the third bias is applied to the third bias application terminal. The ring oscillator according to claim 3, wherein
【請求項6】 前記CSL型インバータの各第2のバイ
アス印加端子には、可変する共通のバイアス、または可
変する個別の各バイアスを印加するようにしたことを特
徴とする請求項5に記載のリングオシレータ。
6. The variable bias according to claim 5, wherein a variable common bias or a variable individual bias is applied to each second bias application terminal of the CSL type inverter. Ring oscillator.
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