JP2004304333A - Oscillation circuit - Google Patents

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JP2004304333A JP2003092499A JP2003092499A JP2004304333A JP 2004304333 A JP2004304333 A JP 2004304333A JP 2003092499 A JP2003092499 A JP 2003092499A JP 2003092499 A JP2003092499 A JP 2003092499A JP 2004304333 A JP2004304333 A JP 2004304333A
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oscillation
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circuit
frequency
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Minoru Sakai
稔 酒井
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillation circuit which oscillates at a desired frequency regardless of surrounding states and provides a stable oscillation frequency with a satisfactory response. <P>SOLUTION: The oscillation circuit has an oscillation means (11) for oscillating in a frequency matching the control voltage, a compensation means (12) for generating a compensation signal for compensating the control voltage so that the oscillation frequency of the oscillation means becomes a prescribed frequency and a holding means (13) for holding the compensation signal generated by the compensation means at the prescribed frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発振回路に係り、特に、周囲の状況によらず所望の周波数を発振する発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、通信技術の発達にともない、使用できる電波の周波数帯域が狭帯域化している。このため、通信機器などに搭載される発振回路の発振出力の周波数には高精度化が求められている。しかし、発振回路に用いられる振動子は温度に応じて振動の特性が変化する、いわゆる、温度特性を有している。
【0003】
このため、発振回路では振動子の発振周波数の変化により発振周波数が変化しないように補正を行なっていた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−290118号公報(図1、段落番号0040〜0054)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の発振回路では、温度センサの出力アナログ信号をディジタルデータに変換し、変換されたディジタルデータに対して演算処理を行なうことによりノイズなどの除去を行なっていたため、回路構成が複雑になるとともに、高価になる。また、演算処理を行なっているため、起動時の立ち上がりに対しするレスポンスが悪かく、さらに、センサからのアナログ信号の急激な変動などに急速に対応できないなどの課題があった。
【0006】
また、ディジタルデータに変換せず、直接アナログ信号で制御を行なうと、電圧ノイズによる周波数変動が無視できず、高精度化に向なかった。
【0007】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、安定した発振周波数が応答性がよい状態で得られる発振回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御電圧に応じた周波数で発振する発振手段(11)と、制御電圧を発振手段(11)の発振周波数が所定の周波数となるように補正するための補正信号を生成する補正手段(12)と、補正手段(12)で生成された補正信号を、発振手段(11)に応じた発振周波数に応じた周波数で、順次に異なるタイミングでサンプルホールドし、複数のサンプルホールド出力を合成して制御電圧として出力するサンプルホールド手段(13)とを有することを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、サンプルホールド手段(13)により発振手段(11)に応じた発振周波数に応じた周波数で、順次に異なるタイミングでサンプルホールドし、複数のサンプルホールド出力を合成して制御電圧として出力することにより、所定周期で平均化され、ノイズが低減された出力を得ることができる。
【0010】
また、本発明によれば、複数のサンプルホールド回路の各々に設けられたホールドコンデンサのすべてを起動時に同時に充電することにより、発振手段の起動後に直ぐに、補正信号に応じて発振出力を制御できるため、起動時に発振周波数を迅速に所望の周波数にできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例の回路構成図を示す。
【0012】
本実施例の発振回路1は、電圧制御発振回路11、補正回路12、サンプルホールド回路部13を含む構成とされている。
【0013】
電圧制御発振回路11は、例えば、電圧制御水晶発振回路から構成されており、制御電圧に応じて出力発振周波数が変化する構成とされている。
【0014】
図2は電圧制御発振回路11のブロック構成図例を示す。
【0015】
電圧制御発振回路11は、発振子21、インバータ22、帰還抵抗Rf、直流カット用コンデンサC1、C2、可変容量ダイオードCv1、Cv2、バッファアンプ23を含む構成とされている。
【0016】
発振子21は、例えば、水晶発振子から構成されており、インバータ22に並列に接続されている。また、帰還抵抗Rfは、インバータ22に並列に接続されている。水晶発振子21、インバータ22、帰還抵抗Rfからなる並列回路の一端には、コンデンサC1を介して可変容量ダイオードCv1が逆極性に接続されている。また、水晶発振子21、インバータ22、帰還抵抗Rfからなる並列回路の他端には、コンデンサC2を介して可変容量ダイオードCv2が逆極性に接続されている。 可変容量ダイオードCv1のアノードには、入力抵抗Rin1を介して制御電圧Vcntが印加され、可変容量ダイオードCv2のアノードには、入力抵抗Rin2を介して制御電圧Vcntが印加される。可変容量ダイオードCv1、Cv2は、制御電圧Vcntに応じて容量が変化する。これによって、水晶発振子21の容量成分が変化するため、制御電圧に応じた発振周波数で発振する。
【0017】
また、水晶発振子21、インバータ22、帰還抵抗Rfの並列回路の他端は、バッファアンプ23を介して出力端子Toutに接続されている。バッファアンプ23は、水晶発振子21、インバータ22、帰還抵抗Rfの並列回路の他端に発生する発振信号を増幅して出力端子Toutに供給する。
【0018】
このとき、電圧制御発振回路11の発振周波数は、温度に応じて変化する、いわゆる、温度特性を有する。一般に発振周波数fは、
f=αT^3+βT+γ …(1)
で近似される温度特性を持つことが知られている。
【0019】
補正回路12は、この発振周波数の温度特性を補正し、発振周波数の温度依存性を低減し、一定の発振周波数を出力するための回路である。
【0020】
補正回路12は、基準電圧生成回路31、温度センサ32、3次関数発生回路33、コンダクタンスアンプ34〜36、加算器37から構成される。基準電圧生成回路31は、基準電圧Vrefを発生する回路である。基準電圧生成回路31により式(1)のγ成分が調整される。
【0021】
温度センサ32は、基準電圧発生回路31で発生された温度に対して安定した基準電圧Vrefにより駆動され、温度に対して1次関数となる出力を発生する回路である。温度センサ32の出力により式(1)のβ成分が調整される。
【0022】
さらに、3次関数発生回路33は、温度センサ32の出力を3次関数的に変化させて出力する回路である。3次関数発生回路33の出力により、式(1)のα成分が調整される。
【0023】
基準電圧生成回路31で発生した基準電圧Vrefは、コンダクタンスアンプ34によりゲイン調整された後、加算器37に供給される。また、温度センサ32の出力は、コンダクタンスアンプ35によりゲイン調整された後、加算器37に供給される。3次関数発生回路33の出力は、コンダクタンスアンプ36によりゲイン調整された後、加算器37に供給される。
【0024】
加算器37は、コンダクタンスアンプ34の出力とコンダクタンスアンプ35の出力とコンダクタンスアンプ36の出力とを加算して出力する。加算器37の出力は、式(1)の温度に応じた周波数変動を補正する信号となる。加算器37の出力は、サンプルホールド回路部13に供給される。
【0025】
図3はサンプルホールド回路部13のブロック構成図を示す。
【0026】
サンプルホールド回路部13は、補正回路12から電圧制御発振回路11に供給される補正信号から除去したい低周波ノイズを低減するための回路であり、タイミング生成回路41及びサンプルホールド回路42から構成される。
【0027】
図4はタイミング生成回路41のブロック構成図を示す。
【0028】
タイミング生成回路41は、インバータ51、ANDゲート52、T−フリップフロップ53、カウンタ54、ORゲート55−1〜55−4、ゲート回路56−1〜56−4から構成されており、電圧制御発振回路11の発振出力に応じて順次に出力される4つのクロック信号CLK1〜CLK4を出力する。
【0029】
インバータ51には、電圧制御発振回路11から発振出力が供給されている。インバータ51は、電圧制御発振回路11からの発振出力を反転して出力する。インバータ51の出力は、ANDゲート52及びカウンタ54に供給される。
【0030】
ANDゲート52には、インバータ51の出力とT−フリップフロップ53の反転出力/Qとが供給されている。ANDゲート52は、インバータ51の出力とT−フリップフロップ53の反転出力/QとのAND論理を出力する。
【0031】
T−フリップフロップ53は、パワーオンリセット信号によりリセットされ、T端子がハイレベルのときに論理レベルの反転を行い、T端子がローレベルのときには論理レベルの反転は行なわない。なお、反転出力/Qは、出力論理を反転した出力である。T−フリップフロップ53の出力は、ANDゲート52及びORゲート55−1〜55−4に供給される。
【0032】
また、カウンタ54は、2ビットカウンタから構成されており、インバータ51の出力をカウントし、その2ビットのカウント値を出力する。カウンタ54の2ビット出力は、ゲート回路56−1〜56−4、夫々に供給されている。
【0033】
ゲート回路56−1は、カウンタ54の2ビット出力を反転してAND論理をとる。したがって、ゲート回路56−1の出力は、カウンタ54の出力が「00」のときに「1」となり、それ以外の値のときには「0」となる。ゲート回路56−1の出力はORゲート55−1に供給される。ORゲート55−1は、T−フリップフロップ53の反転出力/Qとゲート回路56−1の出力とのOR論理を出力する。
【0034】
また、ゲート回路56−2は、カウンタ54の2ビット出力のうちの上位ビットを反転し、下位ビットとのAND論理をとる。したがって、ゲート回路56−2の出力は、カウンタ54の2ビット出力が「01」のときに「1」となり、それ以外の値のときには「0」となる。ORゲート55−1は、T−フリップフロップ53の反転出力/Qとゲート回路56−2の出力とのOR論理を出力する。
【0035】
さらに、ゲート回路56−3は、カウンタ54の2ビット出力の上位ビットと下位ビットを反転した値とのAND論理をとる。したがって、ゲート回路56−3の出力は、カウンタ54の2ビット出力が「10」のときに「1」となり、それ以外の値のときには「0」となる。ORゲート55−3は、T−フリップフロップ53の反転出力/Qとゲート回路56−3の出力とのOR論理を出力する。
【0036】
また、ゲート回路56−4は、カウンタ54の2ビット出力の上位ビットと下位ビットとのAND論理をとる。したがって、ゲート回路56−4の出力は、カウンタ54の2ビット出力が「11」のときに「1」となり、それ以外の値のときには「0」となる。ORゲート55−4は、T−フリップフロップ53の反転出力/Qとゲート回路56−4の出力とのOR論理を出力する。
【0037】
次にタイミング生成回路41の動作を説明する。
【0038】
図5はタイミング生成回路41の起動時の動作説明図を示す。図5(A)は電圧制御発振回路11の発振出力、図5(B)はインバータ51の出力、図5(C)はT−フリップフロップ53の出力を示す。
【0039】
T−フリップフロップ53は、時刻t1で電源が投入されると、パワーオンリセット信号によりリセットされる。T−フリップフロップ53はリセットされると、反転出力/Qがハイレベルとなる。
【0040】
T−フリップフロップ53の反転出力/Qがハイレベルになると、ORゲート55−1〜55−4の出力である、クロック信号CLK1〜CLK4がすべてハイレベルとなる。
【0041】
ORゲート55−1〜55−4の出力のすべてがハイレベルになる。これによりサンプルホールド回路42が常にサンプル状態となり、補正回路12で生成された補正信号がサンプルホールド回路42を略スルー状態で通過して電圧制御発振回路11に供給される。これによって、電圧制御発振回路11の発振出力を早く所望の周波数に到達させることが可能となる。
【0042】
時刻t2で電圧制御発振回路51が立ち上がり、その発振出力が閾値Vthを超えると、図5(C)に示すようにインバータ51の出力が反転する。インバータ51の出力が反転すると、ANDゲート52の出力がハイレベルに反転する。T−フリップフロップ53は、反転するので、これによって、T−フリップフロップ53の出力がローレベルに反転する。T−フリップフロップ53の出力がローレベルになると、ANDゲート52の出力がインバータ51の出力レベルにかかわらずローレベルに固定される。ANDゲート52の出力がローレベルに固定されると、T−フリップフロップ53の反転出力/Qはローレベルに固定される。
【0043】
T−フリップフロップ53の反転出力/Qがローレベルに固定されると、ORゲート55−1〜55−4はゲート回路56−1〜56−4の出力と同等になり、通常動作時に出力されるクロックCLK1〜CLK4をサンプリングホールド回路41に供給できる。
【0044】
図6はタイミング生成回路41の通常動作時の出力クロックの波形図を示す。
【0045】
通常動作時には、カウンタ54によりインバータ51の出力、すなわち、発振制御回路11の発振出力がカウントされる。カウンタ54は、インバータ51の出力の立ち上がり、あるいは、立下りをカウントし、2ビットのデータを出力する。カウンタ54から出力される2ビットデータは、「00」、「01」、「10」、「11」の順に順次に出力される。
【0046】
時刻t11、t21、t31でカウンタ54から出力される2ビットデータが「00」になると、ゲート回路56−1の出力が「1」又はハイレベルとなり、ゲート回路56−2〜56−4の出力は「0」又はローレベルになる。これにより、ORゲート55−1から出力されるクロックCLK1がハイレベルとなり、ORゲート55−2〜55−4から出力されるクロックCLK2〜CLK4はローレベルになる。
【0047】
次に、時刻t12、t22、t32でカウンタ54から出力される2ビットデータが「01」になると、ゲート回路56−2の出力が「1」又はハイレベルとなり、ゲート回路56−1、56−3、56−4の出力は「0」又はローレベルとなる。これにより、ORゲート55−2から出力されるクロックCLK2がハイレベルとなり、ORゲート55−1、55−3、55−4から出力されるクロックCLK1、CLK3、CLK4はローレベルになる。
【0048】
次に時刻t13、t23、t33でカウンタ54から出力される2ビットデータが「10」になると、ゲート回路56−3の出力が「1」又はハイレベルとなり、ゲート回路56−1、56−2、56−4の出力は「0」又はローレベルとなる。これにより、ORゲート55−3から出力されるクロックCLK3がハイレベルとなり、ORゲート55−1、55−2、55−4から出力されるクロックCLK1、CLK2、CLK4はローレベルになる。
【0049】
次に時刻t14、t24、t34でカウンタ54から出力される2ビットデータが「11」になると、ゲート回路56−4の出力が「1」又はハイレベルとなり、ゲート回路56−1〜56−3の出力は「0」又はローレベルとなる。これにより、ORゲート55−4から出力されるクロックCLK4がハイレベルとなり、ORゲート55−1〜55−3から出力されるクロックCLK1〜CLK3はローレベルになる。
【0050】
上記クロック生成回路41で生成されたクロックCLK1〜CLK4は、サンプルホールド回路42に供給される。
【0051】
図7はサンプルホールド回路42の回路構成図を示す。
【0052】
サンプルホールド回路42は、第1のサンプルホールド回路61−1、第2のサンプルホールド回路61−2、第3のサンプルホールド回路61−3、第4のサンプルホールド回路61−4を含む構成とされている。
【0053】
第1のサンプルホールド回路61−1は、インバータINV、トランジスタQ1、Q2、ホールドコンデンサCH、アンプAMPを含む構成とされている。
【0054】
インバータINV、トランジスタQ1、Q2はスイッチ回路を構成している。トランジスタQ1、Q2は、CMOS構造とされており、バックゲートが入力側に接続された構成とされている。このような構造とすることにより、リーク電流を低減できる。リーク電流が低減されることにより、リーク電流が低周波ノイズとして影響することを防止している。
【0055】
図8はトランジスタQ1、Q2の半導体チップ上での断面構成図を示す。
【0056】
トランジスタQ1はNチャネルMOSトランジスタから構成され、CMOSプロセスにより形成されている。トランジスタQ1は、半導体基板201内に形成された埋め込み領域211、ソース領域212、ドレイン領域213、ゲート酸化膜214、ゲート215、バックゲート領域216、分離領域217を含む構成とされている。
【0057】
ソース領域212は補正回路12側に接続されており、補正信号が入力される。ドレイン領域213はホールドコンデンサCH側に接続されており、補正信号が出力される。バックゲート領域216は補正回路12側に接続され、ソース領域212と同電位となるように構成されている。
【0058】
トランジスタQ2はPチャネルMOSトランジスタから構成され、半導体基板201に、トランジスタQ1に隣接して形成されている。トランジスタQ2は、半導体基板201に形成されたウェル領域221、ウェル領域221内に形成されたソース領域222、ドレイン領域223、ゲート酸化膜224、ゲート225、バックゲート領域226を含む構成とされている。
【0059】
ソース領域222は補正回路12側に接続されており、補正信号が入力される。ドレイン領域223はホールドコンデンサCH側に接続されており、補正信号が出力される。バックゲート領域226は補正回路12側に接続され、ソース領域222と同電位となるように構成されている。
【0060】
このとき、図8に示すようにトランジスタQ1には寄生ダイオードD11、D12、D13が形成され、トランジスタQ2には寄生ダイオードD21、D22、D23が形成されている。補正信号とホールドコンデンサCHとの間に電位差が発生すると、寄生ダイオードD11、D21を通してリーク電流が発生する。このとき、寄生ダイオードD11と寄生ダイオードD21とにかかる電位差は同じであり、寄生ダイオードD11と寄生ダイオードD21とで電流ループが形成され、リーク電流が打ち消し合い、ホールドコンデンサCHの充電に影響を及ぼさない。
【0061】
したがって、リーク電流が出力に影響せず、リーク電流がノイズとして働くことを防止できる。
【0062】
なお、第1のサンプルホールド回路61−1では、インバータINV、トランジスタQ1、Q2からなるスイッチ回路は第1のクロックCLK1によりスイッチング制御される。インバータINV、トランジスタQ1、Q2から構成されるスイッチ回路には、第1のクロックCLK1がハイレベルのときにオンし、第1のクロックCLK1がローレベルのときにオフする。
【0063】
第1のクロックCLK1がハイレベルとなり、インバータINV、トランジスタQ1、Q2は、スイッチ回路がオンすると、補正回路12からの補正信号がスイッチ回路を通してホールドコンデンサCHに供給される。ホールドコンデンサCHは、第1のクロックCLK1がハイレベルの間、補正回路12からの補正信号により充電される。また、ホールドコンデンサCHは、第1のクロックCLK1がローレベルとなるホールド期間、その直前の、第1のクロックCLK1がハイレベルとなるサンプリング期間に補正信号により充電された電位を保持する。ホールドコンデンサCHの電位は、アンプAMPにより増幅され、抵抗Rを通して出力される。
【0064】
なお、第2のサンプルホールド回路61−2は第1のサンプルホールド回路61−2と同様な構成とされており、クロックCLK2によりインバータINV、トランジスタQ1、Q2から構成されるスイッチ回路がスイッチングされる。これにより、補正信号はクロックCLK2がハイレベルのときにサンプリングされ、クロックCLK2がローレベルのときにホールドされる。
【0065】
また、第3のサンプルホールド回路61−3も第1のサンプルホールド回路61−2と同様な構成とされており、クロックCLK3によりインバータINV、トランジスタQ1、Q2から構成されるスイッチ回路がスイッチングされる。これにより、補正信号はクロックCLK3がハイレベルのときにサンプリングされ、クロックCLK3がローレベルのときにホールドされる。
【0066】
さらに、第4のサンプルホールド回路61−4は第1のサンプルホールド回路61−1と同様な構成とされており、クロックCLK4によりインバータINV、トランジスタQ1、Q2からなるスイッチ回路がスイッチングされる。これにより、補正信号はクロックCLK4がハイレベルのときにサンプリングされ、クロックCLK4がローレベルのときにホールドされる。
【0067】
なお、第1〜第4のサンプルホールド回路61−1〜61−4の出力は、ノードNoutで合成され、平均化された後、電圧制御発振回路11の制御端子Tcntに制御電圧Vcntとして供給される。
【0068】
本実施例によれば、補正信号を第1〜第4のサンプルホールド回路61−1〜61−4により除去したい低周波ノイズの周期以上の周期、すなわち、除去したい低周波ノイズの周波数より低い周波数で、かつ、異なるタイミングでサンプルホールドし、平均化することにより、ノイズを1/4に低減できる。
【0069】
また、本実施例によれば、電源投入時にクロックCLK1〜CLK4をすべてハイレベルとなるように制御を行なうことにより、第1〜第4のサンプルホールド回路61−1〜61−4に内蔵されるホールドコンデンサCHを速く充電できるため、補正信号による補正動作を高速で行なえ、よって、電圧制御発振回路11の発振出力を速く所望の周波数にすることができる。
【0070】
なお、本実施例では、温度補正を行なう補正回路12の出力をホールド回路13で除去したい低周波ノイズの周波数より低い周波数でホールドし、更新する低周波ノイズデを除去するようにしたが、補正回路12は、温度補正に限定されるものではなく、他の要因による補正を行なう場合にも適用できる。
【0071】
また、本実施例では、第1〜第4のサンプルホールド回路61−1〜61−4の4つのサンプルホールド回路によりサンプルホールドを行なって、第1〜第4のサンプルホールド回路61−1〜61−4の出力を合成して、平均化して電圧制御発振回路11の制御電圧としているが、サンプルホールド回路の数は4つに限定されるものではなく、2以上複数であればよい。例えば、n個のサンプルホールド回路を設けることによりノイズを1/n以下に低減できる。
【0072】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、 サンプルホールド手段により発振手段に応じた発振周波数に応じた周波数で、順次に異なるタイミングでサンプルホールドし、複数のサンプルホールド出力を合成して制御電圧として出力することにより、所定周期で平均化され、ノイズが低減された出力を得ることができる。
【0073】
また、本発明によれば、複数のサンプルホールド回路の各々に設けられたホールドコンデンサのすべてを起動時に同時に充電することにより、発振手段の起動後に直ぐに、補正信号に応じて発振出力を制御できるため、起動時に発振周波数を迅速に所望の周波数にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路構成図である。
【図2】電圧制御発振回路11のブロック構成図である。
【図3】サンプルホールド回路部13のブロック構成図である。
【図4】タイミング生成回路41のブロック構成図である。
【図5】タイミング生成回路41の起動時の動作説明図である。
【図6】タイミング生成回路41の通常動作時の出力クロックの波形図である。
【図7】サンプルホールド回路42の回路構成図である。
【図8】トランジスタQ1、Q2の半導体チップ上での断面構成図である。
【符号の説明】
1 発振回路
11 電圧制御発振回路、12 補正回路、13 サンプルホールド回路部
21 発振子、22 インバータ、23 出力アンプ
31 基準電圧生成回路、32 温度センサ、33 3次関数発生回路
34、35、36 アンプ、37 加算器
41 サンプルホールド回路部、42 タイミング生成回路
51 インバータ、52 ANDゲート、53 T−フリップフロップ
54 カウンタ、55−1〜55−4 ORゲート
56−1〜56−4 ゲート回路
61−1〜61−4 サンプルホールド回路
INV インバータ、Q1、Q2 トランジスタ、CH ホールドコンデンサ
AMP アンプ、R 抵抗
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillation circuit, and more particularly, to an oscillation circuit that oscillates at a desired frequency regardless of surrounding conditions.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the frequency band of usable radio waves has been narrowed with the development of communication technology. For this reason, high precision is required for the frequency of the oscillation output of the oscillation circuit mounted on the communication device or the like. However, a vibrator used in an oscillation circuit has a so-called temperature characteristic in which the characteristic of vibration changes according to temperature.
[0003]
For this reason, in the oscillation circuit, correction is performed so that the oscillation frequency does not change due to the change in the oscillation frequency of the vibrator (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-290118 (FIG. 1, paragraphs 0040 to 0054)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional oscillation circuit, the output analog signal of the temperature sensor is converted into digital data, and the converted digital data is subjected to arithmetic processing to remove noise and the like, so that the circuit configuration becomes complicated. With it, it becomes expensive. In addition, since the arithmetic processing is performed, there is a problem that a response to a rise at the time of startup is poor, and further, it is not possible to rapidly respond to a sudden change in an analog signal from a sensor.
[0006]
In addition, if control is directly performed using analog signals without converting to digital data, frequency fluctuations due to voltage noise cannot be ignored, and this is not suitable for high precision.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an oscillation circuit capable of obtaining a stable oscillation frequency in a state of good responsiveness.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an oscillating means (11) oscillating at a frequency corresponding to a control voltage, and a correcting means for generating a correction signal for correcting the control voltage so that the oscillating frequency of the oscillating means (11) becomes a predetermined frequency. (12) The sample and hold of the correction signal generated by the correction unit (12) are sequentially performed at different timings at a frequency corresponding to the oscillation frequency corresponding to the oscillation unit (11), and a plurality of sample-hold outputs are synthesized. And a sample-and-hold means (13) for outputting as a control voltage.
[0009]
According to the present invention, the sample-and-hold means (13) sequentially samples and holds at a different timing at a frequency corresponding to the oscillation frequency corresponding to the oscillating means (11), synthesizes a plurality of sample-hold outputs, and generates a control voltage. By outputting, it is possible to obtain an output that is averaged in a predetermined cycle and has reduced noise.
[0010]
Further, according to the present invention, by simultaneously charging all the hold capacitors provided in each of the plurality of sample and hold circuits at the time of startup, the oscillation output can be controlled in accordance with the correction signal immediately after the startup of the oscillation unit. At the time of startup, the oscillation frequency can be quickly set to a desired frequency.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention.
[0012]
The oscillating circuit 1 of this embodiment is configured to include a voltage controlled oscillating circuit 11, a correction circuit 12, and a sample and hold circuit unit 13.
[0013]
The voltage-controlled oscillation circuit 11 is configured by, for example, a voltage-controlled crystal oscillation circuit, and has a configuration in which the output oscillation frequency changes according to the control voltage.
[0014]
FIG. 2 shows an example of a block diagram of the voltage controlled oscillation circuit 11.
[0015]
The voltage controlled oscillation circuit 11 includes an oscillator 21, an inverter 22, a feedback resistor Rf, DC cut capacitors C1, C2, variable capacitance diodes Cv1, Cv2, and a buffer amplifier 23.
[0016]
The oscillator 21 is composed of, for example, a crystal oscillator, and is connected to the inverter 22 in parallel. The feedback resistor Rf is connected to the inverter 22 in parallel. A variable capacitance diode Cv1 is connected to one end of a parallel circuit composed of the crystal oscillator 21, the inverter 22, and the feedback resistor Rf via a capacitor C1 with a reverse polarity. Further, a variable capacitance diode Cv2 is connected to the other end of the parallel circuit including the crystal oscillator 21, the inverter 22, and the feedback resistor Rf via the capacitor C2 with the opposite polarity. The control voltage Vcnt is applied to the anode of the variable capacitance diode Cv1 via the input resistance Rin1, and the control voltage Vcnt is applied to the anode of the variable capacitance diode Cv2 via the input resistance Rin2. The capacitance of the variable capacitance diodes Cv1 and Cv2 changes according to the control voltage Vcnt. As a result, the capacitance component of the crystal oscillator 21 changes, and oscillation occurs at an oscillation frequency corresponding to the control voltage.
[0017]
The other end of the parallel circuit of the crystal oscillator 21, the inverter 22, and the feedback resistor Rf is connected to the output terminal Tout via the buffer amplifier 23. The buffer amplifier 23 amplifies an oscillation signal generated at the other end of the parallel circuit of the crystal oscillator 21, the inverter 22, and the feedback resistor Rf, and supplies the amplified signal to the output terminal Tout.
[0018]
At this time, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillation circuit 11 has a so-called temperature characteristic that changes according to the temperature. Generally, the oscillation frequency f is
f = αT ^ 3 + βT + γ (1)
It is known to have a temperature characteristic approximated by
[0019]
The correction circuit 12 is a circuit for correcting the temperature characteristics of the oscillation frequency, reducing the temperature dependence of the oscillation frequency, and outputting a constant oscillation frequency.
[0020]
The correction circuit 12 includes a reference voltage generation circuit 31, a temperature sensor 32, a cubic function generation circuit 33, conductance amplifiers 34 to 36, and an adder 37. The reference voltage generation circuit 31 is a circuit that generates a reference voltage Vref. The γ component of equation (1) is adjusted by the reference voltage generation circuit 31.
[0021]
The temperature sensor 32 is a circuit that is driven by a reference voltage Vref that is stable with respect to the temperature generated by the reference voltage generation circuit 31 and that generates an output that is a linear function with respect to temperature. The β component of equation (1) is adjusted by the output of the temperature sensor 32.
[0022]
Further, the cubic function generating circuit 33 is a circuit that changes the output of the temperature sensor 32 into a cubic function and outputs the result. The α component of equation (1) is adjusted by the output of the cubic function generation circuit 33.
[0023]
The reference voltage Vref generated by the reference voltage generation circuit 31 is supplied to the adder 37 after gain adjustment by the conductance amplifier 34. The output of the temperature sensor 32 is supplied to an adder 37 after gain adjustment by a conductance amplifier 35. The output of the cubic function generating circuit 33 is supplied to an adder 37 after gain adjustment by a conductance amplifier 36.
[0024]
The adder 37 adds the output of the conductance amplifier 34, the output of the conductance amplifier 35, and the output of the conductance amplifier 36, and outputs the sum. The output of the adder 37 is a signal that corrects the frequency variation according to the temperature in the equation (1). The output of the adder 37 is supplied to the sample and hold circuit unit 13.
[0025]
FIG. 3 shows a block diagram of the sample-and-hold circuit unit 13.
[0026]
The sample hold circuit section 13 is a circuit for reducing low frequency noise to be removed from the correction signal supplied from the correction circuit 12 to the voltage controlled oscillation circuit 11, and includes a timing generation circuit 41 and a sample hold circuit 42. .
[0027]
FIG. 4 shows a block diagram of the timing generation circuit 41.
[0028]
The timing generation circuit 41 includes an inverter 51, an AND gate 52, a T-flip-flop 53, a counter 54, OR gates 55-1 to 55-4, and gate circuits 56-1 to 56-4. It outputs four clock signals CLK1 to CLK4 sequentially output according to the oscillation output of the circuit 11.
[0029]
The oscillation output from the voltage controlled oscillation circuit 11 is supplied to the inverter 51. Inverter 51 inverts and outputs the oscillation output from voltage controlled oscillation circuit 11. The output of the inverter 51 is supplied to an AND gate 52 and a counter 54.
[0030]
The output of the inverter 51 and the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 are supplied to the AND gate 52. AND gate 52 outputs an AND logic of the output of inverter 51 and the inverted output / Q of T-flip-flop 53.
[0031]
The T-flip-flop 53 is reset by the power-on reset signal, and inverts the logic level when the T terminal is at a high level, and does not invert the logic level when the T terminal is at a low level. The inverted output / Q is an output obtained by inverting the output logic. The output of the T-flip-flop 53 is supplied to the AND gate 52 and the OR gates 55-1 to 55-4.
[0032]
The counter 54 is formed of a 2-bit counter, counts the output of the inverter 51, and outputs the 2-bit count value. The 2-bit output of the counter 54 is supplied to each of the gate circuits 56-1 to 56-4.
[0033]
The gate circuit 56-1 inverts the 2-bit output of the counter 54 and takes an AND logic. Therefore, the output of the gate circuit 56-1 is "1" when the output of the counter 54 is "00", and is "0" when the output of the counter 54 is any other value. The output of the gate circuit 56-1 is supplied to the OR gate 55-1. The OR gate 55-1 outputs an OR logic of the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 and the output of the gate circuit 56-1.
[0034]
Further, the gate circuit 56-2 inverts the upper bit of the 2-bit output of the counter 54 and takes an AND logic with the lower bit. Therefore, the output of the gate circuit 56-2 becomes "1" when the 2-bit output of the counter 54 is "01", and becomes "0" when the 2-bit output is any other value. The OR gate 55-1 outputs OR logic of the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 and the output of the gate circuit 56-2.
[0035]
Further, the gate circuit 56-3 takes an AND logic of a value obtained by inverting the upper bit and the lower bit of the 2-bit output of the counter 54. Therefore, the output of the gate circuit 56-3 becomes "1" when the 2-bit output of the counter 54 is "10", and becomes "0" when the 2-bit output is any other value. The OR gate 55-3 outputs the OR logic of the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 and the output of the gate circuit 56-3.
[0036]
Further, the gate circuit 56-4 takes an AND logic of the upper bit and the lower bit of the 2-bit output of the counter 54. Therefore, the output of the gate circuit 56-4 becomes "1" when the 2-bit output of the counter 54 is "11", and becomes "0" when the 2-bit output is any other value. The OR gate 55-4 outputs the OR logic of the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 and the output of the gate circuit 56-4.
[0037]
Next, the operation of the timing generation circuit 41 will be described.
[0038]
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the timing generation circuit 41 at the time of startup. 5A shows the oscillation output of the voltage controlled oscillation circuit 11, FIG. 5B shows the output of the inverter 51, and FIG. 5C shows the output of the T-flip-flop 53.
[0039]
When power is turned on at time t1, T-flip-flop 53 is reset by a power-on reset signal. When the T-flip-flop 53 is reset, the inverted output / Q goes high.
[0040]
When the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 goes high, the clock signals CLK1 to CLK4, which are the outputs of the OR gates 55-1 to 55-4, all go high.
[0041]
All the outputs of the OR gates 55-1 to 55-4 become high level. As a result, the sample and hold circuit 42 is always in a sample state, and the correction signal generated by the correction circuit 12 passes through the sample and hold circuit 42 in a substantially through state and is supplied to the voltage controlled oscillation circuit 11. Thus, the oscillation output of the voltage controlled oscillation circuit 11 can quickly reach a desired frequency.
[0042]
At time t2, the voltage controlled oscillation circuit 51 rises, and when its oscillation output exceeds the threshold value Vth, the output of the inverter 51 is inverted as shown in FIG. When the output of the inverter 51 is inverted, the output of the AND gate 52 is inverted to a high level. Since the T-flip-flop 53 is inverted, the output of the T-flip-flop 53 is inverted to a low level. When the output of the T-flip-flop 53 goes low, the output of the AND gate 52 is fixed at a low level regardless of the output level of the inverter 51. When the output of the AND gate 52 is fixed at a low level, the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 is fixed at a low level.
[0043]
When the inverted output / Q of the T-flip-flop 53 is fixed at a low level, the OR gates 55-1 to 55-4 become equivalent to the outputs of the gate circuits 56-1 to 56-4 and are output during normal operation. Clocks CLK1 to CLK4 can be supplied to the sampling and holding circuit 41.
[0044]
FIG. 6 is a waveform diagram of the output clock during the normal operation of the timing generation circuit 41.
[0045]
During normal operation, the counter 54 counts the output of the inverter 51, that is, the oscillation output of the oscillation control circuit 11. The counter 54 counts the rise or fall of the output of the inverter 51 and outputs 2-bit data. The 2-bit data output from the counter 54 is sequentially output in the order of "00", "01", "10", and "11".
[0046]
When the 2-bit data output from the counter 54 becomes “00” at times t11, t21, and t31, the output of the gate circuit 56-1 becomes “1” or a high level, and the outputs of the gate circuits 56-2 to 56-4. Becomes "0" or low level. Thus, the clock CLK1 output from the OR gate 55-1 becomes high level, and the clocks CLK2 to CLK4 output from the OR gates 55-2 to 55-4 become low level.
[0047]
Next, when the 2-bit data output from the counter 54 becomes “01” at times t12, t22, and t32, the output of the gate circuit 56-2 becomes “1” or a high level, and the gate circuits 56-1, 56- The outputs of 3, 56-4 become "0" or low level. As a result, the clock CLK2 output from the OR gate 55-2 goes high, and the clocks CLK1, CLK3, and CLK4 output from the OR gates 55-1, 55-3, and 55-4 go low.
[0048]
Next, when the 2-bit data output from the counter 54 becomes "10" at times t13, t23, and t33, the output of the gate circuit 56-3 becomes "1" or a high level, and the gate circuits 56-1, 56-2 , 56-4 are "0" or low level. As a result, the clock CLK3 output from the OR gate 55-3 goes high, and the clocks CLK1, CLK2, CLK4 output from the OR gates 55-1, 55-2, 55-4 go low.
[0049]
Next, when the 2-bit data output from the counter 54 becomes “11” at times t14, t24, and t34, the output of the gate circuit 56-4 becomes “1” or a high level, and the gate circuits 56-1 to 56-3. Is "0" or low level. As a result, the clock CLK4 output from the OR gate 55-4 becomes high level, and the clocks CLK1 to CLK3 output from the OR gates 55-1 to 55-3 become low level.
[0050]
The clocks CLK1 to CLK4 generated by the clock generation circuit 41 are supplied to a sample and hold circuit 42.
[0051]
FIG. 7 is a circuit diagram of the sample and hold circuit 42.
[0052]
The sample and hold circuit 42 includes a first sample and hold circuit 61-1, a second sample and hold circuit 61-2, a third sample and hold circuit 61-3, and a fourth sample and hold circuit 61-4. ing.
[0053]
The first sample and hold circuit 61-1 includes an inverter INV, transistors Q1 and Q2, a hold capacitor CH, and an amplifier AMP.
[0054]
The inverter INV and the transistors Q1 and Q2 form a switch circuit. The transistors Q1 and Q2 have a CMOS structure, and have a configuration in which a back gate is connected to the input side. With such a structure, leakage current can be reduced. By reducing the leak current, the leak current is prevented from affecting as low frequency noise.
[0055]
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration diagram of the transistors Q1 and Q2 on a semiconductor chip.
[0056]
Transistor Q1 is formed of an N-channel MOS transistor, and is formed by a CMOS process. The transistor Q1 includes a buried region 211, a source region 212, a drain region 213, a gate oxide film 214, a gate 215, a back gate region 216, and an isolation region 217 formed in the semiconductor substrate 201.
[0057]
The source region 212 is connected to the correction circuit 12 side, and receives a correction signal. The drain region 213 is connected to the hold capacitor CH, and outputs a correction signal. The back gate region 216 is connected to the correction circuit 12 side, and is configured to have the same potential as the source region 212.
[0058]
Transistor Q2 is formed of a P-channel MOS transistor, and is formed on semiconductor substrate 201 adjacent to transistor Q1. The transistor Q2 includes a well region 221 formed in the semiconductor substrate 201, a source region 222, a drain region 223 formed in the well region 221, a gate oxide film 224, a gate 225, and a back gate region 226. .
[0059]
The source region 222 is connected to the correction circuit 12 side, and receives a correction signal. The drain region 223 is connected to the hold capacitor CH, and outputs a correction signal. The back gate region 226 is connected to the correction circuit 12 side, and is configured to have the same potential as the source region 222.
[0060]
At this time, as shown in FIG. 8, the parasitic diodes D11, D12, and D13 are formed in the transistor Q1, and the parasitic diodes D21, D22, and D23 are formed in the transistor Q2. When a potential difference occurs between the correction signal and the hold capacitor CH, a leak current occurs through the parasitic diodes D11 and D21. At this time, the potential difference between the parasitic diode D11 and the parasitic diode D21 is the same, a current loop is formed by the parasitic diode D11 and the parasitic diode D21, the leak currents cancel each other, and the charge of the hold capacitor CH is not affected. .
[0061]
Therefore, it is possible to prevent the leak current from affecting the output and to prevent the leak current from acting as noise.
[0062]
In the first sample and hold circuit 61-1, the switching circuit including the inverter INV and the transistors Q1 and Q2 is controlled by the first clock CLK1. The switch circuit including the inverter INV and the transistors Q1 and Q2 is turned on when the first clock CLK1 is at a high level and turned off when the first clock CLK1 is at a low level.
[0063]
When the first clock CLK1 becomes high level and the switch circuit turns on the inverter INV and the transistors Q1 and Q2, the correction signal from the correction circuit 12 is supplied to the hold capacitor CH through the switch circuit. The hold capacitor CH is charged by the correction signal from the correction circuit 12 while the first clock CLK1 is at the high level. Further, the hold capacitor CH holds the potential charged by the correction signal during a holding period in which the first clock CLK1 is at a low level and a sampling period immediately before the holding period in which the first clock CLK1 is at a high level. The potential of the hold capacitor CH is amplified by the amplifier AMP and output through the resistor R.
[0064]
The second sample and hold circuit 61-2 has the same configuration as the first sample and hold circuit 61-2, and the switch circuit including the inverter INV and the transistors Q1 and Q2 is switched by the clock CLK2. . Thus, the correction signal is sampled when the clock CLK2 is at a high level, and is held when the clock CLK2 is at a low level.
[0065]
The third sample-and-hold circuit 61-3 has the same configuration as that of the first sample-and-hold circuit 61-2, and the switch circuit including the inverter INV and the transistors Q1 and Q2 is switched by the clock CLK3. . Thus, the correction signal is sampled when the clock CLK3 is at a high level, and is held when the clock CLK3 is at a low level.
[0066]
Further, the fourth sample and hold circuit 61-4 has a configuration similar to that of the first sample and hold circuit 61-1. The switch circuit including the inverter INV and the transistors Q1 and Q2 is switched by the clock CLK4. Thus, the correction signal is sampled when the clock CLK4 is at a high level, and is held when the clock CLK4 is at a low level.
[0067]
The outputs of the first to fourth sample hold circuits 61-1 to 61-4 are combined at the node Nout, averaged, and then supplied to the control terminal Tcnt of the voltage controlled oscillation circuit 11 as the control voltage Vcnt. You.
[0068]
According to the present embodiment, a period equal to or longer than the period of the low-frequency noise to be removed by the first to fourth sample and hold circuits 61-1 to 61-4, that is, a frequency lower than the frequency of the low-frequency noise to be removed. The noise can be reduced to 1 / by sampling and holding at different timings and averaging.
[0069]
Further, according to the present embodiment, when the power is turned on, the clocks CLK1 to CLK4 are all controlled to the high level, so that the clocks CLK1 to CLK4 are built in the first to fourth sample and hold circuits 61-1 to 61-4. Since the hold capacitor CH can be charged quickly, the correction operation based on the correction signal can be performed at high speed, so that the oscillation output of the voltage controlled oscillation circuit 11 can be quickly set to a desired frequency.
[0070]
In the present embodiment, the output of the correction circuit 12 for performing the temperature correction is held by the hold circuit 13 at a frequency lower than the frequency of the low-frequency noise to be removed, and the low-frequency noise to be updated is removed. 12 is not limited to the temperature correction, but can be applied to a case where correction is performed by other factors.
[0071]
Further, in the present embodiment, the sample hold is performed by the four sample hold circuits of the first to fourth sample hold circuits 61-1 to 61-4, and the first to fourth sample hold circuits 61-1 to 61-1 are performed. Although the output of −4 is synthesized and averaged to obtain the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit 11, the number of the sample and hold circuits is not limited to four, but may be two or more. For example, noise can be reduced to 1 / n or less by providing n sample and hold circuits.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, sample-and-hold means performs sample-and-hold at a frequency corresponding to the oscillation frequency corresponding to the oscillating means at sequentially different timings, combines a plurality of sample-and-hold outputs, and outputs as a control voltage. As a result, it is possible to obtain an output that is averaged in a predetermined cycle and has reduced noise.
[0073]
Further, according to the present invention, by simultaneously charging all the hold capacitors provided in each of the plurality of sample and hold circuits at the time of startup, the oscillation output can be controlled in accordance with the correction signal immediately after the startup of the oscillation unit. At the time of startup, the oscillation frequency can be quickly set to a desired frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a voltage controlled oscillation circuit 11;
FIG. 3 is a block diagram of a sample and hold circuit unit 13;
FIG. 4 is a block diagram of a timing generation circuit 41;
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the timing generation circuit 41 at startup.
FIG. 6 is a waveform diagram of an output clock during a normal operation of the timing generation circuit 41.
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a sample and hold circuit 42;
FIG. 8 is a sectional configuration diagram of transistors Q1 and Q2 on a semiconductor chip.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 oscillation circuit 11 voltage controlled oscillation circuit, 12 correction circuit, 13 sample hold circuit section 21 oscillator, 22 inverter, 23 output amplifier 31 reference voltage generation circuit, 32 temperature sensor, 33 cubic function generation circuit 34, 35, 36 amplifier , 37 adder 41 sample hold circuit section, 42 timing generation circuit 51 inverter, 52 AND gate, 53 T-flip-flop 54 counter, 55-1 to 55-4 OR gate 56-1 to 56-4 gate circuit 61-1 ~ 61-4 Sample hold circuit INV Inverter, Q1, Q2 transistor, CH hold capacitor AMP amplifier, R resistor

Claims (7)

制御電圧に応じた周波数で発振する発振手段と、
前記制御電圧を前記発振手段の発振周波数が所定の周波数となるように補正するための補正信号を生成する補正手段と、
前記補正手段で生成された前記補正信号を前記発振手段に応じた発振周波数に応じた周波数で、順次に異なるタイミングでサンプルホールドし、複数のサンプルホールド出力を合成して前記制御電圧として出力するサンプルホールド手段とを有することを特徴とする発振回路。
Oscillating means for oscillating at a frequency according to the control voltage;
Correction means for generating a correction signal for correcting the control voltage so that the oscillation frequency of the oscillation means is a predetermined frequency,
A sample in which the correction signal generated by the correction unit is sampled and held sequentially at different timings at a frequency corresponding to an oscillation frequency corresponding to the oscillation unit, and a plurality of sample and hold outputs are synthesized and output as the control voltage. An oscillation circuit having a holding means.
前記サンプルホールド手段は、異なるタイミングで順次にサンプルホールドを行なう複数のサンプルホールド回路と、
前記発振手段の発振出力に基づいて前記複数のサンプルホールド回路のサンプルホールドのタイミングを決定するクロックを生成するタイミング生成手段とを有することを特徴とする請求項1又は2記載の発振回路。
A plurality of sample and hold circuits for sequentially performing sample and hold at different timings,
3. The oscillation circuit according to claim 1, further comprising: a timing generation unit configured to generate a clock for determining a timing of sample-hold of the plurality of sample-hold circuits based on an oscillation output of the oscillation unit.
前記サンプルホールド手段は、前記発振手段の発振周波数に基づいてサンプルホールド実行する順次に異なるタイミングを取得することを特徴とする請求項1又は2記載の発振回路。3. The oscillation circuit according to claim 1, wherein the sample-and-hold unit acquires sequentially different timings for executing the sample-and-hold based on an oscillation frequency of the oscillation unit. 前記所定の周波数は、前記発振手段の発振周波数に応じた周波数であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の発振回路。The oscillation circuit according to claim 1, wherein the predetermined frequency is a frequency corresponding to an oscillation frequency of the oscillation unit. 前記所定の周波数は、ノイズ成分の周波数より低い周波数に設定されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項記載の発振回路。The oscillation circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined frequency is set to a frequency lower than a frequency of a noise component. 前記補正手段は、前記発振手段の発振周波数の周囲温度に応じた変化を補正するための補正信号を生成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の発振回路。6. The oscillation circuit according to claim 1, wherein the correction unit generates a correction signal for correcting a change in an oscillation frequency of the oscillation unit according to an ambient temperature. 前記複数のサンプルホールド回路は、各々にホールドコンデンサを有し、
起動時に前記複数のサンプルホールド回路のホールドコンデンサを同時に充電する起動回路を有することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項記載の発振回路。
The plurality of sample and hold circuits each have a hold capacitor,
The oscillation circuit according to any one of claims 2 to 6, further comprising a startup circuit that simultaneously charges hold capacitors of the plurality of sample and hold circuits at startup.
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