JP2005102007A - 発振回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】 温度依存性の低減を図った発振回路を提供する。
【解決手段】 複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータ(10)と、上記インバータに流れる電流を律則するための電流源(111,112,113)と、上記電流源を制御可能な電流源制御回路(20)とを含んで発振回路が構成されるとき、上記電流源制御回路は、セルフバイアス型の定電流回路(201)と、上記定電流回路の電流を律則可能な抵抗回路(202)とを含んで構成し、上記抵抗回路に、負の温度特性を持たせることで、セルフバイアス型の定電流回路における正の温度特性をキャンセルし、温度依存性の低減を達成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータ(10)と、上記インバータに流れる電流を律則するための電流源(111,112,113)と、上記電流源を制御可能な電流源制御回路(20)とを含んで発振回路が構成されるとき、上記電流源制御回路は、セルフバイアス型の定電流回路(201)と、上記定電流回路の電流を律則可能な抵抗回路(202)とを含んで構成し、上記抵抗回路に、負の温度特性を持たせることで、セルフバイアス型の定電流回路における正の温度特性をキャンセルし、温度依存性の低減を達成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発振回路に関し、例えばEEPROM(Electric Erasable Programmable Read Only Memory)用のクロック信号を生成する回路に適用して有効な技術に関する。
近年、不揮発性の半導体記憶装置としてEEPROMが用いられるようになってきている。このEEPROMは、紫外線消去型EPROMと同じメモリセルの基本的構造を有し、MOSトランジスタのコントロールゲートとシリコン基板間にフローティングゲートを持っている。
このEEPROMは、書き込みが紫外線消去型EPROMと同様にホットエレクトロンの注入により行われ、また消去はフルファンクションEEPROMと同様にフローティングゲートからの電界放出により行われる。
このようなEEPROMは、このEEPROMの動作を制御するマイクロコントローラとともに基板上に搭載されてICカードとして用いられ、パーソナルコンピュータまたはワークステーションなどに着脱可能に設けられている。
上記EEPROMにおいては、発振回路で生成されたクロック信号に基づいて、書き込み、消去、読み出しなどの各動作が行われる。上記発振回路は、リング発振回路とこのリング発振回路に定電流を供給するための定電流回路とを含んで構成される(例えば特許文献1参照)。
例えば0.35μプロセスのICカードに内蔵される発振回路には、複数のインバータがループ状に結合されるリングオシレータが適用され、上記インバータ間には抵抗と容量との時定数回路が用いられ、抵抗、容量、MOSトランジスタのスイッチング特性の温度依存性がキャンセルされることによって、発振周波数の温度変動が抑えられている。しかしながら、ICカード製造プロセスが0.18μmになると、上記インバータ間に抵抗と容量の時定数を用いた場合、抵抗、抵抗、容量、MOSスイッチング特性の温度の依存性により発振回路の出力周波数が大きな温度変動を持つことが、本発明者によって見いだされた。
また、上記特許文献1の図12に示される構成では、第79段落の式(5)及び第81段落に記載されているように、電流iは温度に比例して増大するため、発振回路の出力周波数が大きな温度変動を持つことに変わりはない。
本発明の目的は、温度依存性の低減を図った発振回路を提供することにある。
本発明の別の目的は、温度依存性の低減を図った発振回路を用いることでEEPROMの動作の安定化を図ることにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータと、上記インバータに流れる電流を律則するための電流源と、上記電流源を制御可能な電流源制御回路とを含んで発振回路が構成されるとき、上記電流源制御回路は、セルフバイアス型の定電流回路と、上記定電流回路の電流を律則可能な抵抗回路とを含んで構成し、上記抵抗回路に、負の温度特性を持たせる。
上記の手段によれば、上記抵抗回路が負の温度特性を有することから、セルフバイアス型の定電流回路における正の温度特性をキャンセルすることができ、このことが、回路の温度依存性の低減を達成する。また、温度依存性の低減を図った発振回路を用いることでEEPROMの動作の安定化を達成する。
そして、上記電流源制御回路は、高電位側電源に結合されたpチャネル型の第1トランジスタと、上記第1トランジスタに直列接続されたnチャネル型の第2トランジスタと、上記第2トランジスタと低電位側電源との間に設けられた抵抗回路と、上記第1トランジスタにカレントミラー結合されたpチャネル型の第3トランジスタと、上記第3トランジスタに直列接続され、上記第2トランジスタと上記抵抗回路との結合ノードの電圧によって動作制御されるnチャネル型の第4トランジスタとを含んで構成することができ、その場合において、上記抵抗回路に負の温度特性を持たせる。
上記の構成によれば、上記抵抗回路が負の温度特性を有することから、上記第4トランジスタにおける正の温度特性をキャンセルすることができ、このことが、回路の温度依存性の低減を達成する。また、温度依存性の低減を図った発振回路を用いることでEEPROMの動作の安定化を達成する。
さらに、上記電流源制御回路は、低電位側電源に結合されたnチャネル型の第5トランジスタと、上記第5トランジスタに直列接続されたpチャネル型の第6トランジスタと、上記第6トランジスタと高電位側電源との間に設けられた抵抗回路と、上記第5トランジスタにカレントミラー結合されたnチャネル型の第7トランジスタと、上記第7トランジスタに直列接続され、上記第7トランジスタと上記抵抗回路との結合ノードの電圧によって動作制御されるpチャネル型の第8トランジスタとを含んで構成することができ、その場合において、上記抵抗回路に負の温度特性を持たせる。
上記の構成によれば、上記抵抗回路が負の温度特性を有することから、上記第8トランジスタにおける正の温度特性をキャンセルすることができ、このことが、回路の温度依存性の低減を達成する。また、温度依存性の低減を図った発振回路を用いることでEEPROMの動作の安定化を達成する。
このとき、上記インバータには、pチャネル型の第9トランジスタとnチャネル型の第10トランジスタとが直列接続されて成り、上記第10トランジスタのソース電極と低電位側電源との間に、上記電流源が設けられて成るもの、あるいは、pチャネル型の第9トランジスタとnチャネル型の第10トランジスタとが直列接続されて成り、上記第9トランジスタのソース電極と高電位側電源との間に、上記電流源が設けられて成るものを適用することができる。
そして、上記抵抗回路は、それぞれ負の温度特性を有する複数の抵抗と、上記複数の抵抗のうち、回路動作に関与させるための抵抗を選択可能なスイッチ素子とを含んで構成することができる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、抵抗回路が負の温度特性を有することから、セルフバイアス型の定電流回路における正の温度特性をキャンセルすることができ、それによって、回路の温度依存性の低減を達成することができる。また、温度依存性の低減を図った発振回路を用いることでEEPROMの動作の安定化を達成することができる。
図8には、本発明にかかる発振回路を含むICカードが示される。
図8に示されるようにこのICカード80は、特に制限されないが、EEPROM2と、このEEPROM2の動作を制御可能なマイクロコントローラと、EEPROM2へのデータ書き込みやデータ消去、EEPROM2からのデータ読み出しにおいて使用されるクロック信号CLKを生成する発振回路1とを含んで、カード状に形成される。
図1には、上記発振回路1の構成例が示される。
図1に示される発振回路1は、リングオシレータ10と電流源制御回路20とを含んで成る。
上記リングオシレータ10は、リング状に結合された複数のインバータ101〜109と、リングオシレータ10で生成されたクロック信号CLKを出力するためのインバータ110と、上記インバータ101,104,107に流れる電流を律則するための電流源111,112,113とを含んで成る。上記インバータ101は、高電位側電源に結合されたpチャネル型MOSトランジスタP1と、それに直列接続されたnチャネル型MOSトランジスタN1とを含み、このnチャネル型MOSトランジスタN1とグランド(低電位側電源)GNDとの間に上記電流源111が結合されている。上記インバータ104は、高電位側電源に結合されたpチャネル型MOSトランジスタP2と、それに直列接続されたnチャネル型MOSトランジスタN2とを含み、このnチャネル型MOSトランジスタN2とグランド(低電位側電源)GNDとの間に上記電流源112が結合されている。上記インバータ107は、高電位側電源に結合されたpチャネル型MOSトランジスタP3と、それに直列接続されたnチャネル型MOSトランジスタN3とを含み、このnチャネル型MOSトランジスタN3とグランド(低電位側電源)GNDとの間に上記電流源113が結合されている。ここで、上記電流源111,112,113は、特に制限されないが、それぞれnチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6によって形成される。そしてこのnチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6のゲート電極には、上記電流源制御回路20から電流制御信号CCNが伝達される。nチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6に流れる電流は、上記電流制御信号CCNによって制御される。
電流源制御回路20は、セルフバイアス型の定電流回路201と、この定電流回路201の電流を律則可能な抵抗回路202と、出力部203とを含んで成る。
定電流回路201は、高電位側電源Vccに結合されたpチャネル型MOSトランジスタP5と、このpチャネル型MOSトランジスタP5に直列接続されたnチャネル型MOSトランジスタN7と、上記pチャネル型MOSトランジスタP5にカレントミラー結合されたpチャネル型MOSトランジスタP4と、このpチャネル型MOSトランジスタP4と、このpチャネル型MOSトランジスタP4に直列接続されたnチャネル型MOSトランジスタN9とを含んで成る。nチャネル型MOSトランジスタN9は、ソース電極がグランドGNDに結合され、ゲート電極が上記nチャネル型MOSトランジスタN7のソース電極とともに上記抵抗回路202に結合されている。
上記抵抗回路202は、互いに直列接続された複数の抵抗FG1〜FGnと、この複数の抵抗FG1〜FGnの直列接続ノードを選択的にグランドGNDに結合可能な複数のスイッチSW1〜SWnとを含んで成る。抵抗FG1の一端は上記定電流回路201におけるnチャネル型MOSトランジスタN7のソース電極やnチャネル型MOSトランジスタN9のゲート電極に結合される。また、抵抗FGnの一端はグランドGNDに結合される。スイッチSW1〜SWnは、入力されたスイッチ制御信号A1〜Anによって動作制御可能なnチャネル型MOSトランジスタとされる。スイッチ制御信号A1がハイレベルにされると、それに対応するスイッチが導通され、対応する抵抗の直列接続ノードがグランドGNDに結合されることにより、抵抗回路202における合成抵抗値が決定される。
上記出力部203は、高電位側電源Vccに結合されたpチャネル型MOSトランジスタP6と、グランドGNDに結合されたpチャネル型MOSトランジスタP6とが直列接続されて成る。pチャネル型MOSトランジスタP6のゲート電極には、上記定電流回路201におけるpチャネル型MOSトランジスタとnチャネル型MOSトランジスタN7との直列接続ノードからの出力信号が伝達され、それに呼応して電流制御信号CCNが生成されて、nチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6に流れる電流が制御される。
ここで、上記抵抗回路202における複数の抵抗FG1〜FGnは、負の温度特性を有する。そのような抵抗は、特に制限されないが、後述するシート抵抗を適宜組み合わせることで形成される。
図6及び図7には上記シート抵抗の断面構造が示される。
例えば図6に示されるシート抵抗は、単結晶シリコン(Si)基板に、酸化シリコン膜(SiO2)を介してポリシリコン層(Poly−Si)が形成され、このポリシリコン層(Poly−Si)の一部にコバルトシリサイド層(CoSi2)が形成され、このコバルトシリサイド層(CoSi2)にタングステン層(W)を介してアルミニウム層(Al)が形成される。このアルミニウム層(Al)が、一つのシート抵抗の端子とされ、必要に応じて別の抵抗の端子に結合される。主な抵抗成分は、ポリシリコン層(Poly−Si)であり、このポリシリコン層(Poly−Si)に打ち込まれるイオンの量を変えることにより、例えば、図2に示されるようにシート抵抗値や温度係数が変化する。
また、図7に示されるように、ポリシリコン層(Poly−Si)の全面にコバルトシリサイド層(CoSi2)を積層し、そこからタングステン層(W)及びアルミニウム層(Al)を介して端子を引き出す。ポリシリコン層(Poly−Si)の全面にコバルトシリサイド層(CoSi2)が積層されているため、図6に示されるのとは異なり、正の温度特性を得ることができる。本例では、後に詳述するように、セルフバイアス型の定電流回路201におけるnチャネル型MOSトランジスタN9が正の温度特性をキャンセルするために、抵抗FG1〜FGnにおける個々の抵抗は、図6に示されるシート抵抗や図7に示されるシート抵抗の組み合わせによって所望の特性(負の温度係数及び抵抗値)を得ている。
上記の構成において、スイッチ制御信号A1からAnによって抵抗回路202の合成抵抗値が設定され、pチャネル型MOSトランジスタP5、nチャネル型MOSトランジスタN7、及び抵抗回路202に電流が流れる。この電流により、nチャネル型MOSトランジスタN9のゲート電圧が決定され、さらにpチャネル型MOSトランジスタP6のゲート電圧が決定され、そして、nチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6に流れる電流が決定される。抵抗回路202の構成抵抗値を制御することがで、nチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6に流れる電流が制御され、それによって、リングオシレータ1から出力されるクロック信号CLKの周波数が決定される。
定電流回路201の定電流値は、nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値Vthと抵抗回路202の合成抵抗値とで決定される。nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値は、正の温度依存性を有する、つまり、温度が低くなるほど、しきい値Vthが高くなり、温度が高くなるほど、しきい値Vthが低くなる。nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値が高くなると、定電流値が増大され、nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値が低くなると、定電流回路201の定電流値が減少される。そこで、本例では、抵抗回路202を構成する抵抗FG1〜FGnに負の温度特性を持たせることによって、上記nチャネル型MOSトランジスタN9におけるしきい値Vthの正の温度依存性をキャンセルするようにしている。つまり、温度が低くなり、nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値が高くなって、定電流回路201の定電流値が増大されるとき、抵抗回路202を構成する抵抗FG1〜FGnの抵抗値が増大されて、定電流回路201の定電流値を減少させるように作用する。また、温度が高くなり、nチャネル型MOSトランジスタN9のしきい値が低くなって、定電流回路201の定電流値が増大されるとき、抵抗回路202を構成する抵抗FG1〜FGnの抵抗値が減少されて、定電流回路201の定電流値を増大させるように作用する。これにより定電流回路201の定電流値の変動が抑えられ、リングオシレータ10から出力されるクロック信号CLKの周波数が安定化される。
上記の例によれば、以下の作用効果を得ることができる。
(1)抵抗回路202が負の温度特性を有することから、セルフバイアス型の定電流回路201における正の温度特性をキャンセルすることができ、このことが、回路の温度依存性の低減を図ることができる。
(2)上記(1)の作用効果により、温度依存性の低減を図った発振回路1を用いることでEEPROM2の動作の安定化を図ることができる。
図3には、上記発振回路1の別の構成例が示される。
図3に示される発振回路1が、図1に示されるのと大きく異なるのは、リングオシレータ10において、インバータ101,104,107と、高電位側電源Vccとの間に、電流源121,122,123が設けられ、この電流源121,122,123の動作を制御するため、電流源制御回路20において、図1における出力部203が省略されている点である。上記電流源121,122,123は、それぞれpチャネル型MOSトランジスタP10,P11,P12によって形成される。本構成によれば、インバータ101,104,107に供給される電流が電流源121,122,123で律則される。このインバータ101,104,107に供給される電流が電流源制御回路20からの電流制御信号CCPで制御されることによって、クロック信号CLKの周波数制御が可能とされる。かかる構成においても、図1に示されるのと同様に、本例では、抵抗回路202を構成する抵抗FG1〜FGnに負の温度特性を持たせることによって、上記nチャネル型MOSトランジスタN9におけるしきい値Vthの正の温度依存性をキャンセルすることにより、クロック信号CLKの周波数の安定化を図ることができる。
図4には、上記発振回路1の別の構成例が示される。
図4に示される発振回路1が図1や図3に示されるのと大きく異なるのは、nチャネル型MOSトランジスタN4,N5,N6によって形成される電流源111,112,113と、pチャネル型MOSトランジスタP10,P11,P12によって形成される電流源121,122,123との双方を有する点である。電流源111,112,113は、図1に示されるのと同一機能を有し、電流源121,122,123は、図3に示されるのと同一機能を有する。また、電流源制御回路20における出力部203は、上記電流源111,112,113を制御するための電流制御信号CCNを形成する第1出力回路203Aと、上記電流源121,122,123を制御するための電流制御信号CCPを形成する第2出力回路203Bとを含んで成る。第1出力回路203Aは、pチャネル型MOSトランジスタP6と、nチャネル型MOSトランジスタN8とが直列接続されて成り、第2出力回路203Bは、pチャネル型MOSトランジスタP13と、nチャネル型MOSトランジスタN10とが直列接続されて成る。
かかる構成においても、図1に示されるのと同様に、本例では、抵抗回路202を構成する抵抗FG1〜FGnに負の温度特性を持たせることによって、上記nチャネル型MOSトランジスタN9におけるしきい値Vthの正の温度依存性をキャンセルすることにより、クロック信号CLKの周波数の安定化を図ることができる。
図5には、上記発振回路1の別の構成例が示される。
図5に示される発振回路1が、図4に示されるのと大きく異なるのは、抵抗回路202を高電位側電源Vcc側に配置され、それに伴い、セルフバイアス型の定電流回路201の構成が変更されている。すなわち、図5に示される定電流回路201は、グランドGNDに結合されたnチャネル型MOSトランジスタN70と、このnチャネル型MOSトランジスタN70に直列接続されたpチャネル型MOSトランジスタP50と、上記nチャネル型MOSトランジスタN70にカレントミラー結合されたnチャネル型MOSトランジスタN90と、このnチャネル型MOSトランジスタN90に直列接続されたpチャネル型MOSトランジスタP40とを含んで成る。ここで、上記pチャネル型MOSトランジスタP40の温度依存性により、定電流回路201の定電流が変動された場合には、クロック周波数CLKが変動されてしまう。そこで、図4に示される抵抗回路202と同様に、負の温度特性を有する抵抗FG1〜FGnを使用することにより、上記pチャネル型MOSトランジスタP40の温度依存性をキャンセルし、それによってクロック周波数CLKの安定化を図ることができる。
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるICカードに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、各種半導体装置に広く適用することができる。
本発明は、少なくともセルフバイアス型の定電流回路を備えることを条件に適用することができる。
1 発振回路
2 EEPROM
3 マイクロコントローラ
10 リングオシレータ
20 電流源制御回路
201 セルフバイアス型の定電流回路
202 抵抗回路
203 出力回路
2 EEPROM
3 マイクロコントローラ
10 リングオシレータ
20 電流源制御回路
201 セルフバイアス型の定電流回路
202 抵抗回路
203 出力回路
Claims (5)
- 複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータと、
上記インバータに流れる電流を律則するための電流源と、
上記電流源を制御可能な電流源制御回路と、を含む発振回路であって、
上記電流源制御回路は、セルフバイアス型の定電流回路と、上記定電流回路の電流を律則可能な抵抗回路と、を含み、
上記抵抗回路は、負の温度特性を有することを特徴とする発振回路。 - 複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータと、
上記インバータに流れる電流を律則するための電流源と、
上記電流源を制御可能な電流源制御回路と、を含む発振回路であって、
上記電流源制御回路は、高電位側電源に結合されたpチャネル型の第1トランジスタと、
上記第1トランジスタに直列接続されたnチャネル型の第2トランジスタと、
上記第2トランジスタと低電位側電源との間に設けられた抵抗回路と、
上記第1トランジスタにカレントミラー結合されたpチャネル型の第3トランジスタと、
上記第3トランジスタに直列接続され、上記第2トランジスタと上記抵抗回路との結合ノードの電圧によって動作制御されるnチャネル型の第4トランジスタと、を含み、
上記抵抗回路は、負の温度特性を有することを特徴とする発振回路。 - 複数のインバータがリング状に結合されてクロック信号を生成可能に形成されたリングオシレータと、
上記インバータに流れる電流を律則するための電流源と、
上記電流源を制御可能な電流源制御回路と、を含む発振回路であって、
上記電流源制御回路は、低電位側電源に結合されたnチャネル型の第5トランジスタと、
上記第5トランジスタに直列接続されたpチャネル型の第6トランジスタと、
上記第6トランジスタと高電位側電源との間に設けられた抵抗回路と、
上記第5トランジスタにカレントミラー結合されたnチャネル型の第7トランジスタと、
上記第7トランジスタに直列接続され、上記第7トランジスタと上記抵抗回路との結合ノードの電圧によって動作制御されるpチャネル型の第8トランジスタと、を含み、
上記抵抗回路は、負の温度特性を有することを特徴とする発振回路。 - 上記インバータは、pチャネル型の第9トランジスタとnチャネル型の第10トランジスタとが直列接続されて成り、
上記第10トランジスタのソース電極と低電位側電源との間に、上記電流源が設けられて成る請求項1乃至3の何れか1項記載の発振回路。 - 上記インバータは、pチャネル型の第9トランジスタとnチャネル型の第10トランジスタとが直列接続されて成り、
上記第9トランジスタのソース電極と高電位側電源との間に、上記電流源が設けられて成る請求項1乃至3の何れか1項記載の発振回路。
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