JP2003069341A - Rc発振回路 - Google Patents

Rc発振回路

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JP2003069341A
JP2003069341A JP2001251791A JP2001251791A JP2003069341A JP 2003069341 A JP2003069341 A JP 2003069341A JP 2001251791 A JP2001251791 A JP 2001251791A JP 2001251791 A JP2001251791 A JP 2001251791A JP 2003069341 A JP2003069341 A JP 2003069341A
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inverter
transistor
schmitt inverter
charging
output
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JP2001251791A
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Tsunehiko Tanitsu
常彦 谷津
Norimasa Kanabori
典正 金堀
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】RC発振回路において、トランジスタのしきい
値電圧の変動による発振周期(発振周波数)の変化を抑
制する。 【解決手段】ヒステリシス幅が構成トランジスタのしき
い値電圧Vtp、Vtnが大きくなると共に小さくなる
シュミットインバータ1と、このシュミットインバータ
1の入力端子OSC1と出力端子OSC2の間に接続された抵抗
3と、このシュミットインバータ1の出力端子OSC2に直
接接続された充放電用コンデンサ3と、を備え、シュミ
ットインバータ1の出力トランジスタMP4,MN4を
介して充放電用コンデンサ3を充放電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はRC発振回路に関
し、特にトランジスタのしきい値電圧の変化による発振
周期(発振周波数)の変化を抑制したRC発振回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来のRC発振回路の回路図を示
す。シュミットインバータ1の入力端子は端子OSC1に、
その出力端子は端子OSC2にそれぞれ接続されている。端
子OSC1と端子OSC2との間には抵抗値Rの抵抗2が接続さ
れ、端子OSC1に容量値Cの充放電用コンデンサ3が接続
されている。
【0003】図4にシュミットインバータ1の回路図を
示す。電源電圧Vddと接地電圧0Vの間に縦列に接続
されたPチャネル型MOSトランジスタMP1,MP
2,Nチャネル型MOSトランジスタMN1,MN2か
らなる第1のインバータ10が設けられている。そし
て、Pチャネル型MOSトランジスタMP1と並列にP
チャネル型MOSトランジスタMP3が、Nチャネル型
MOSトランジスタMN1と並列にNチャネル型MOS
トランジスタMN3が、それぞれ設けられておいる。第
1のインバータ10の出力は第2のインバータ11に印
加され、この第2のインバータ2の出力は、Pチャネル
型MOSトランジスタMP3及びNチャネル型MOSト
ランジスタMN3のゲートに帰還入力されている。さら
に、第2のインバータ11の出力は第3のインバータ1
2に印加されている。第3のインバータは、Pチャネル
型MOSトランジスタMP4及びNチャネル型MOSト
ランジスタMN4(出力トランジスタ)から構成されて
いる。
【0004】図5に上述したシュミットインバータ1の
入出力特性を示す。入力電圧Vinが0Vのとき、第2
のインバータ2の出力は0Vであるため、Pチャネル型
MOSトランジスタMP3はオン状態であり、Nチャネ
ル型MOSトランジスタMN3はオフ状態である。した
がって、Pチャネル側のインピーダンスが低い状態であ
る。いま、各MOSトランジスタのしきい値電圧Vt
p、Vtnが高く設定されているとする(Vtp/Vt
n=H/H)。すると、入力電圧Vinを0Vから高く
していったときのシュミットインバータ1のしきい値は
図中のVtHとなる。Vin>VtHでは、第2のイン
バータ2の出力は反転してVddとなるので、Pチャネ
ル型MOSトランジスタMP3はオフ状態、Nチャネル
型MOSトランジスタMN3はオン状態となる。したが
って、Nチャネル側のインピーダンスが低い状態に変化
する。すると、入力電圧VinをVddから低くしてい
ったときのシュミットインバー1のしきい値は図中のV
tLとなる。すなわち、VtL<VtHであり、シュミ
ットインバータ1は2つのしきい値VtH,VtLを有
する。2つのしきい値VtH,VtLの差をヒステリシ
ス幅VH1という。
【0005】次に、各MOSトランジスタのしきい値電
圧Vtp、Vtnが低く設定された場合のシュミットイ
ンバータ1のヒステリシス幅の変化を考える(Vtp/
Vtn=L/L)。この場合、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタMP3及びNチャネル型MOSトランジスタM
N3のオン抵抗(オン・インピーダンス)が低くなるた
め、しきい値電圧VtH’は高くなり、しきい値電圧V
tL’は低くなる。VtH<VtH’、VtL’<Vt
Lである。したがって、このときのヒステリシス幅VH
2は大きくなる(VH2>VH1)。
【0006】以上のように、シュミットインバータ1の
ヒステリシス幅は、しきい値電圧Vtp、Vtnが大き
くなると共に小さくなるという特性を示す。
【0007】次に、図3に示したRC発振回路の発振周
期を計算する。この発振回路の端子OSC1における発振波
形を図6に示す。すなわち、しきい値電圧Vtp、Vt
nが低く設定された場合は、VtL〜VtHの間で充放
電が繰り返され、しきい値電圧Vtp、Vtnが高く設
定された場合は、VtL’〜VtH’の間で充放電が繰
り返される。
【0008】第3のインバータ12のPチャネル型MO
SトランジスタMP4(出力トランジスタ)がオンして
いるときの抵抗値をRpとする。また、第3のインバー
タ12のNチャネル型MOSトランジスタMN4(出力
トランジスタ)がオンしているときの抵抗値をRnとす
る。抵抗2の抵抗値RがRp、Rnより十分大きいとす
る(R>>Rp、Rn)。すると、充放電の時定数はC・
Rとなる。
【0009】したがって、しきい値電圧Vtp、Vtn
が低く設定された場合の発振周期をT1とすると、 T1=2C・R(loge(VtH’/Vdd)−loge(VtL’/Vdd)) =2C・R・loge(VtH’/VtL’) ・・・・(1) 一方、しきい値電圧Vtp、Vtnが高く設定された場
合の発振周期をT2とすると、 T2=2C・R(loge(VtH/Vdd)−loge(VtL/Vdd)) =2C・R・loge(VtH/VtL) ・・・・(2) 上記の(1)式、(2)式から、シュミットインバータ
1のヒステリシス幅がトランジスタのしきい値電圧(V
tp、Vtn)のばらつきにより変化すると、発振周期
がそれに伴って変化する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のRC発振回路では、シュミットインバータ1のヒステ
リシス幅がトランジスタのしきい値電圧(Vtp、Vt
n)のばらつきにより変化するため、発振周期がそれに
伴って変化してしまうという問題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のRC発振回路
は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであ
り、ヒステリシス幅が構成トランジスタのしきい値電圧
が大きくなると共に小さくなるシュミットインバータ
と、このシュミットインバータの入力端子と出力端子の
間に接続された抵抗と、このシュミットインバータの出
力端子に直接接続された充放電用コンデンサと、を備
え、前記シュミットインバータの出力トランジスタを介
して前記充放電用コンデンサを充放電することにより、
しきい値電圧の変化による発振周期の変化を抑制したこ
とを特徴とする。
【0012】かかる構成によれば、構成トランジスタの
しきい値電圧が高くなると、ヒステリシス幅は小さくな
るのに対して、シュミットインバータの出力トランジス
タの抵抗値は大きくなるという逆の関係が成り立つ。し
たがって、この出力トランジスタを介して前記充放電用
コンデンサを充放電することにより、発振周期の変化を
抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1に、本発明のRC発
振回路の回路図を示す。シュミットインバータ1の入力
端子は端子OSC1に、その出力端子は端子OSC2にそれぞれ
接続されている。端子OSC1と端子OSC2との間には抵抗値
Rの抵抗2が接続され、端子OSC2に容量値Cの充放電用
コンデンサ3が接続されている。
【0014】回路接続上、従来例と異なる点は、充放電
用コンデンサ3が端子OSC1ではなく、端子OSC2に直接接
続されている点である。充放電用コンデンサ3はシュミ
ットインバータ1の出力トランジスタである、Pチャネ
ル型MOSトランジスタMP4によって充電され、Nチ
ャネル型MOSトランジスタMN4によって放電され
る。
【0015】すなわち、本発明のRC発振回路では、発
振回路の時定数回路は図3のようにC・Rによって作ら
れるのではなく、C・Rp、C・Rnによって作られ
る。ここで、Pチャネル型MOSトランジスタMP4の
オン抵抗の低い値をRp1、高い値をRp2(Rp1>
Rp2)とする。Rp1は、高いしきい値電圧Vtp
(H)に対応しており、Rp2は低いしきい値電圧Vt
p(L)に対応している。また、Nチャネル型MOSト
ランジスタMN4のしきい値電圧の低い値をRn1、高
い値をRn2(Rn1>Rn2)とする。Rn1は、高
いしきい値電圧Vtn(H)に対応しており、Rn2は
低いしきい値電圧Vtn(L)に対応している。
【0016】以下、図2の波形図を参照しながら、本発
明のRC発振回路の発振周期について説明する。
【0017】 しきい値電圧Vtp、Vtnが低く設定された場合の充電時間をtc1とする と、tc1=C・Rp2(loge(VtH’/Vdd)−loge(VtL’/Vdd)) =C・Rp2・loge(VtH’/VtL’) ・・・・(3) また、その放電時間td1とすると、 td1=C・Rn2(loge(VtH’/Vdd)−loge(VtL’/Vdd)) =C・Rn2・loge(VtH’/VtL’) ・・・・(4) したがって、発振周期T1は次式で表される。 T1=tc1+td1 =C・(Rp2+Rn2)・loge(VtH’/VtL’) ・・・・(5) 一方、しきい値電圧Vtp、Vtnが低く設定された場合の充電時間をtc2 とすると、tc2=C・Rp1(loge(VtH/Vdd)−loge(VtL/Vdd)) =C・Rp1・loge(VtH/VtL) ・・・・(6) また、放電時間td2とすると、 td2=C・Rn1(loge(VtH/Vdd)−loge(VtL/Vdd)) =C・Rn1・loge(VtH/VtL) ・・・・(7) したがって、発振周期T2は次式で表される。 T2=tc2+td2 =C・(Rp1+Rn1)・loge(VtH/VtL) ・・・・(9) (5)式、(6)式において、 (Rp2+Rn2)<(Rp1+Rn1) ・・・・(10) loge(VtH’/VtL’)>loge(VtH/VtL) ・・・・(11) という関係が成り立つ。
【0018】すなわち、出力トランジスタであるMP
4、MN4のオン抵抗値と、シュミットインバータ1の
ヒステリシス幅は、逆の相関関係にあるから、しきい値
電圧のばらつきにより、ヒステリシス幅が変動しても、
発振周期T1,T2の変化は抑制される。例えば、これ
らのパラメータの関係を調整し、T1=T2とすること
も可能である。
【0019】以上の点について定性的に説明すると、し
きい値電圧Vtp、Vtnが高くなり、シュミットイン
バータ1のヒステリシス幅が減少すると、それに伴っ
て、出力トランジスタである、MP4、MN4のオン抵
抗が高くなるので、発振周期が短くなることが抑制され
る。逆にしきい値電圧Vtp、Vtnが低くなり、シュ
ミットインバータ1のヒステリシス幅が増加すると、M
P4、MN4のオン抵抗が低くなるので、発振周期が長
くなることが抑制される。すなわち、本発明によれば、
しきい値電圧Vtp、Vtnの変動に伴って時定数が変
化することが極力抑制されるので、発振周波数のばらつ
きを最小限に抑えることができる。 なお、端子OSC1,O
SC2の信号波形は、インバータ回路などで整形すること
により、矩形の発振波形が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明のRC発振回路によれば、トラン
ジスタのしきい値電圧の変動によるる発振周期(発振周
波数)の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るRC発振回路の回路図
である。
【図2】本発明の実施形態に係るRC発振回路の発振波
形図である。
【図3】従来例に係るRC発振回路の回路図である。
【図4】シュミットインバータの回路図である。
【図5】シュミットインバータの入出力特性図である。
【図6】従来例に係るRC発振回路の発振波形図であ
る。
【符号の説明】
1 シュミットインバータ 2 抵抗 3 充放電用コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒステリシス幅が構成トランジスタのし
    きい値電圧が大きくなると共に小さくなるシュミットイ
    ンバータと、このシュミットインバータの入力端子と出
    力端子の間に接続された抵抗と、このシュミットインバ
    ータの出力端子に直接接続された充放電用コンデンサ
    と、を備え、前記シュミットインバータの出力トランジ
    スタを介して前記充放電用コンデンサを充放電すること
    により、しきい値電圧の変化による発振周期の変化を抑
    制したことを特徴とするRC発振回路。
  2. 【請求項2】 前記シュミットインバータは、CMOS
    型シュミットインバータであることを特徴とする請求項
    1に記載のRC発振回路。
  3. 【請求項3】 前記シュミットインバータは、第1のP
    チャネル型トランジスタと第1のNチャネル型トランジ
    スタを含む第1のCMOSインバータと、前記第1のP
    チャネル型トランジスタと並列に接続された第2のPチ
    ャネル型トランジスタと、前記第1のNチャネル型トラ
    ンジスタと並列に接続された第2のNチャネル型トラン
    ジスタと、前記第1のCMOSインバータの出力信号を
    前記第2のPチャネル型トランジスタ及び第2のNチャ
    ネル型トランジスタに反転して供給する第2のCMOS
    インバータと、この第2のCMOSインバータの出力が
    供給された第3のCMOSインバータとから成ることを
    特徴とする請求項2に記載のRC発振回路。
JP2001251791A 2001-08-22 2001-08-22 Rc発振回路 Pending JP2003069341A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7538629B2 (en) 2006-05-17 2009-05-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Oscillator circuit
US7786707B2 (en) 2006-05-17 2010-08-31 Sanyo Electric Co., Ltd. Oscillator circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7538629B2 (en) 2006-05-17 2009-05-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Oscillator circuit
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