JP2010016706A - Voltage controlled oscillation circuit and voltage conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御電圧に応じた周波数で発振動作する電圧制御型発振回路、及び制御電圧を制御電流に変換する電圧変換回路に係り、特にPLL(Phase Locked Loop)半導体集積回路に搭載される電圧制御型発振回路、また半導体回路に適用して有用な電圧変換回路に関する。 The present invention relates to a voltage-controlled oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to a control voltage, and a voltage conversion circuit that converts a control voltage into a control current, and in particular, a voltage mounted on a PLL (Phase Locked Loop) semiconductor integrated circuit. The present invention relates to a control type oscillation circuit and a voltage conversion circuit useful when applied to a semiconductor circuit.
PLL半導体集積回路には、インバータがリング状に奇数段接続されたリング発振器に対して、供給する電流量を変化させることによりインバータ一段あたりの伝達遅延時間を可変させ発振周波数を変化させる電圧制御型発振器が使用される。また、リング発振器に供給する電流量を変化させるために、制御電圧の値に応じて電流値を変化させる電圧−電流変換回路が使用されている。 In a PLL semiconductor integrated circuit, a voltage control type in which an oscillation frequency is changed by changing a transmission delay time per inverter stage by changing an amount of current supplied to a ring oscillator in which an inverter is connected in an odd number of stages in a ring shape. An oscillator is used. Further, in order to change the amount of current supplied to the ring oscillator, a voltage-current conversion circuit that changes the current value according to the value of the control voltage is used.
制御電圧が低い場合、電圧−電流変換回路から制御電流が生成されずにリング発振器の周波数が不安定になる場合があるため、制御電圧が低い場合でもリング発振器の周波数を安定させる方法として、特許文献1に記載の電圧制御型発振器がある。特許文献1に記載の電圧制御型発振器は、電圧−電流変換回路に対して定常的にオフセット電流を付加する。 When the control voltage is low, the control current is not generated from the voltage-current conversion circuit and the frequency of the ring oscillator may become unstable. Therefore, as a method for stabilizing the frequency of the ring oscillator even when the control voltage is low, There is a voltage controlled oscillator described in Document 1. The voltage controlled oscillator described in Patent Document 1 steadily adds an offset current to the voltage-current conversion circuit.
図7は、特許文献1に記載の電圧制御型発振器の回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram of the voltage controlled oscillator described in Patent Document 1. In FIG.
図7において、電圧制御型発振器1は、電圧−電圧変換回路10と、リングオシレータ20と、電圧−電圧変換回路10の制御電流に定電流を付加するオフセット電流発生回路50とを備えて構成される。
In FIG. 7, the voltage-controlled oscillator 1 includes a voltage-
電圧−電圧変換回路10は、n型MOSトランジスタN11とp型MOSトランジスタP11を含んで構成される。n型MOSトランジスタN11のゲート端子は、制御入力端子11に接続され、n型MOSトランジスタN11のドレイン端子はp型MOSトランジスタP11のドレイン端子と接続される。n型MOSトランジスタN11のソース端子は接地GNDと接続される。また、p型MOSトランジスタP11のゲート端子とドレイン端子は、電圧−電圧変換回路10のノード12に接続され、p型MOSトランジスタP11のソース端子は電源VDDと接続される。
The voltage-
リングオシレータ20は、n型MOSトランジスタN21とp型MOSトランジスタP21からなる第1のインバータ21と、n型MOSトランジスタN22とp型MOSトランジスタP22からなる第2のインバータ22と、n型MOSトランジスタN23とp型MOSトランジスタP23からなる第3のインバータ23とがリング状に奇数段接続される。電圧−電圧変換回路10のノード12は、p型MOSトランジスタP21,P22,P23のゲート端子に接続され、第3のインバータ23の出力VOUTは、第1のインバータ21のn型MOSトランジスタN21のゲート端子に帰還される。
The
オフセット電流発生回路50は、n型MOSトランジスタN51とn型MOSトランジスタN52とからなるカレントミラー回路53と、定電流65を供給する定電流源60とを備えて構成される。n型MOSトランジスタN51のゲート端子とドレイン端子は、定電流源60のマイナス端子とn型MOSトランジスタN52のゲート端子に接続される。n型MOSトランジスタN51のソース端子は、接地GNDに接続される。定電流源60のプラス端子は、電源VDDに接続される。また、n型MOSトランジスタN52のドレイン端子は、電圧−電圧変換回路10のノード12に接続される。
The offset
オフセット電流発生回路50のn型MOSトランジスタN52は、電圧−電圧変換回路10のn型MOSトランジスタN11と並列に接続されn型MOSトランジスタN11は、入力制御電圧を制御電流に変換する。
The n-type MOS transistor N52 of the offset
定電流源60は、電圧依存のない電流源である。以下の理由で回路構成は複雑である。電流源に流れる電流の量により高電位側電源VDDの電位は少しであるが変動する。そのため、フィードバックをかけて位相補償する回路、及び電流源を起動するためのスタータ回路が必要となる。詳細な回路構成については図8により述べる。
The constant
ラッチ型又はリングオシレータのいずれの発振回路であっても電流により周波数が変わる。電流が変動すると周波数がバラツクので、発振回路のタイプにかかわらず高精度の電流源が必要である。 Whether the oscillation circuit is a latch type or a ring oscillator, the frequency changes depending on the current. Since the frequency varies when the current fluctuates, a highly accurate current source is required regardless of the type of the oscillation circuit.
図8は、従来の電圧制御型発振器1の定電流源60の構成を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a constant
図8において、定電流源60は、p型MOSトランジスタP61〜P63、n型MOSトランジスタN61,N62、及び抵抗R60を備えて構成される。図8では、スタータ回路は省略している。
In FIG. 8, the constant
p型MOSトランジスタP61のソースは、電源VDDに接続し、p型MOSトランジスタP61のゲートはp型MOSトランジスタP62のゲート接続し、p型MOSトランジスタP61のドレインはn型MOSトランジスタN61のドレインと接続する。n型MOSトランジスタN61のドレインとゲートは、n型MOSトランジスタN62のゲートに接続する。n型MOSトランジスタN61のソースは、接地GNDに接続する。 The source of the p-type MOS transistor P61 is connected to the power supply VDD, the gate of the p-type MOS transistor P61 is connected to the gate of the p-type MOS transistor P62, and the drain of the p-type MOS transistor P61 is connected to the drain of the n-type MOS transistor N61. To do. The drain and gate of n-type MOS transistor N61 are connected to the gate of n-type MOS transistor N62. The source of the n-type MOS transistor N61 is connected to the ground GND.
p型MOSトランジスタP62のソースは、電源VDDに接続し、p型MOSトランジスタP62のゲートとドレインはn型MOSトランジスタN62のドレインと接続し、さらにp型MOSトランジスタP63のゲートに接続する。n型MOSトランジスタN62のソースは、抵抗R60を介して接地GNDに接続する。p型MOSトランジスタP63のソースは、電源VDDと接続する。p型MOSトランジスタP63のドレインは、電流I65を供給する定電流源60の出力であり、オフセット電流発生回路50のn型MOSトランジスタN51のドレインに接続する。
The source of the p-type MOS transistor P62 is connected to the power supply VDD, the gate and drain of the p-type MOS transistor P62 are connected to the drain of the n-type MOS transistor N62, and further connected to the gate of the p-type MOS transistor P63. The source of the n-type MOS transistor N62 is connected to the ground GND through the resistor R60. The source of the p-type MOS transistor P63 is connected to the power supply VDD. The drain of the p-type MOS transistor P63 is the output of the constant
また、定電流源60は、温度依存のないバンドギャップ(Band Gap)タイプの電流源である。
The constant
以上の構成において、p型MOSトランジスタP61とp型MOSトランジスタP62は、第1カレントミラー回路を構成し、n型MOSトランジスタN61とn型MOSトランジスタN62は、第2カレントミラー回路を構成する。流れる電流Iは、第1及び第2カレントミラー回路でミラーされて一定の電流となる。そして、p型MOSトランジスタP61,P62のゲート−ソース電圧VGSと、n型MOSトランジスタN61,N62のゲート−ソース電圧VGSに、さらに抵抗R60の電圧ドロップ分を加えた電圧に等しくなるような電流が流れることになる。 In the above configuration, the p-type MOS transistor P61 and the p-type MOS transistor P62 constitute a first current mirror circuit, and the n-type MOS transistor N61 and the n-type MOS transistor N62 constitute a second current mirror circuit. The flowing current I is mirrored by the first and second current mirror circuits and becomes a constant current. A current that is equal to the gate-source voltage VGS of the p-type MOS transistors P61 and P62 and the gate-source voltage VGS of the n-type MOS transistors N61 and N62 plus the voltage drop of the resistor R60 is obtained. Will flow.
この電流は、p型MOSトランジスタP61,P62のゲート−ソース電圧VGSに印加され、さらにp型MOSトランジスタP63のゲートに印加される。これによりp型MOSトランジスタP61,P62に流れる電流と同じ電流がp型MOSトランジスタP63側にも流れ、これが電流I65となる。この電流I65は、電源電圧に依存しない出力電流IOUT65として供給される。 This current is applied to the gate-source voltage VGS of the p-type MOS transistors P61 and P62, and further applied to the gate of the p-type MOS transistor P63. As a result, the same current that flows in the p-type MOS transistors P61 and P62 also flows to the p-type MOS transistor P63 side, which becomes a current I65. This current I65 is supplied as an output current IOUT65 that does not depend on the power supply voltage.
以上のような構成によれば、定電流源60は、従来例に記載されている通り電源電圧に依存しない定電流を発生することができる。定電流源60は、p型MOSトランジスタP62とゲート端子を共通にしたp型MOSトランジスタP63を設けて、カレントミラーを構成し、定電流を電圧制御型発振器に供給する。また、図示は省略したがこれに更に、トリガとするための複数のダイオード等からなるスタータ回路が付加される。上記のように、定電流源60は、電圧依存のない電流源とするためにかなり複雑な構成となっている。
According to the above configuration, the constant
図9は、図7の電圧制御型発振器1の発振周波数の特性を示す図であり、入力制御電圧に対する発振周波数の特性21を示している。
FIG. 9 is a diagram showing the oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 1 of FIG. 7, and shows the
図9において、制御入力端子11と接地GNDとの間に、n型MOSトランジスタのゲートしきい値電圧以上の電圧が印加されない場合、n型MOSトランジスタN11は遮断状態となり、電圧−電流変換動作をしない場合が特性41である。すなわち、この遮断状態においては、制御電圧VINに応じたバイアス電流をp型MOSトランジスタP11に供給しない。しかし、ノード12に接続されたn型MOSトランジスタN52を通して、定電流源60が供給するバイアス電流がp型MOSトランジスタP11に流れるため、ノード12には定電流源60によりバイアス電圧が発生する。そのため、図9の実線21に示すように、ゲートしきい値電圧以下でも一定の周波数で発振する。
In FIG. 9, when a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage of the n-type MOS transistor is not applied between the
制御入力端子11と接地GNDとの間に、n型MOSトランジスタのゲートしきい値電圧以上の電圧が印加される場合は、n型MOSトランジスタN11は導通し、p型MOSトランジスタP11には、制御電圧VINに応じたバイアス電流と、定電流源60によるバイアス電流を加算した電流が流れる。したがって、図9に示すように、特性41に定電流源60で発生したバイアス電流によるオフセット周波数を加えた特性21となる。
しかしながら、このような従来の電圧制御型発振器にあっては、複雑な構成の定電流回路が必要となる問題がある。 However, such a conventional voltage controlled oscillator has a problem that a constant current circuit having a complicated configuration is required.
例えば、図7の電圧制御型発振器1では、制御電圧VINがn型MOSトランジスタN11のしきい値電圧以下でも、電源電圧VDDに依存しない制御電流をリング発振器に流すために定電流源60が特別に必要になるため、電圧制御型発振器の全体の回路構成が複雑になるという欠点がある。
For example, in the voltage controlled oscillator 1 shown in FIG. 7, even if the control voltage VIN is equal to or lower than the threshold voltage of the n-type MOS transistor N11, the constant
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複雑な定電流源を使用せずに簡単な回路構成で制御電圧がゲートしきい値電圧以下でも制御電流を流すことができる電圧変換回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is a voltage conversion circuit capable of flowing a control current even when the control voltage is equal to or lower than the gate threshold voltage with a simple circuit configuration without using a complicated constant current source. The purpose is to provide.
また、本発明は、この電圧変換回路を実現することでリング発振器などの発振回路を安定して発振させることができる電圧制御型発振回路を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a voltage-controlled oscillation circuit that can stably oscillate an oscillation circuit such as a ring oscillator by realizing this voltage conversion circuit.
本発明の電圧制御型発振回路は、制御電圧に応じた周波数で発振動作する電圧制御型発振器であって、前記制御電圧を制御電流に変換する電圧変換回路と、前記電圧変換回路に基準電圧を供給する基準電圧発生回路と、前記電圧変換回路により生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振する発振回路とを備え、前記電圧変換回路は、前記制御電圧をゲート端子に受ける第1のMOSトランジスタと、前記基準電圧をゲート端子に受ける第2のMOSトランジスタとを有し、前記第1のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタは、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつ前記第1のMOSトランジスタのゲート端子には前記制御電圧を印加し、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子には前記基準電圧を印加する差動回路を構成し、前記第1のMOSトランジスタ及び前記第2のMOSトランジスタの共通ソース端子と第1電源間には抵抗体を接続し、前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流と前記第2のMOSトランジスタのドレイン電流の総和が前記制御電流を形成する構成を採る。 A voltage-controlled oscillator circuit according to the present invention is a voltage-controlled oscillator that oscillates at a frequency corresponding to a control voltage, a voltage converter circuit that converts the control voltage into a control current, and a reference voltage that is applied to the voltage converter circuit. A reference voltage generation circuit to be supplied; and an oscillation circuit that oscillates at a frequency according to a current value through which an operating current corresponding to the control current generated by the voltage conversion circuit is passed. A first MOS transistor that receives a voltage at a gate terminal; and a second MOS transistor that receives the reference voltage at a gate terminal. The first MOS transistor and the second MOS transistor include drain terminals and The source terminals are made common, and the control voltage is applied to the gate terminal of the first MOS transistor, and the second MOS transistor A differential circuit for applying the reference voltage to the gate terminal, a resistor is connected between the common source terminal of the first MOS transistor and the second MOS transistor and the first power supply; A configuration is adopted in which the sum of the drain current of one MOS transistor and the drain current of the second MOS transistor forms the control current.
本発明の電圧変換回路は、制御電圧を制御電流に変換する電圧変換回路であって、前記制御電圧をゲート端子に受ける第1のMOSトランジスタと、基準電圧をゲート端子に受ける第2のMOSトランジスタとを有し、前記第1のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタは、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつ前記第1のMOSトランジスタのゲート端子には前記制御電圧を印加し、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子には前記基準電圧を印加する差動回路を構成し、前記第1のMOSトランジスタ及び前記第2のMOSトランジスタの共通ソース端子と第1電源間には抵抗体を接続し、前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流と前記第2のMOSトランジスタのドレイン電流の総和が前記制御電流を形成する構成を採る。 The voltage conversion circuit according to the present invention is a voltage conversion circuit for converting a control voltage into a control current, the first MOS transistor receiving the control voltage at the gate terminal, and the second MOS transistor receiving the reference voltage at the gate terminal. And the first MOS transistor and the second MOS transistor share drain terminals and source terminals in common, and apply the control voltage to the gate terminal of the first MOS transistor, A differential circuit for applying the reference voltage is formed at the gate terminal of the second MOS transistor, and a resistor is provided between the common source terminal of the first MOS transistor and the second MOS transistor and the first power supply. And the sum of the drain current of the first MOS transistor and the drain current of the second MOS transistor is A configuration to form a current.
本発明によれば、制御電圧と基準電位をゲート端子に夫々受ける第1及び第2のMOSトランジスタからなる差動回路と、この差動回路のソース側を抵抗体R100を介して第1電位に接続することにより、定電流回路を使用せずに制御電圧VINがゲートしきい値電圧以下の場合でも電源電圧の値に依存しない制御電流を生成することができる。また、制御電圧VINが0Vからリング発振器を安定発振させる電圧制御型発振回路を実現することができる。 According to the present invention, the differential circuit composed of the first and second MOS transistors that receives the control voltage and the reference potential at the gate terminals, respectively, and the source side of the differential circuit to the first potential via the resistor R100. By connecting, it is possible to generate a control current independent of the value of the power supply voltage even when the control voltage VIN is equal to or lower than the gate threshold voltage without using a constant current circuit. Further, it is possible to realize a voltage controlled oscillation circuit that stably oscillates the ring oscillator from the control voltage VIN of 0V.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る電圧制御型発振回路の構成を示す図である。本実施の形態は、電圧変換回路を備え制御電圧に応じた周波数で発振動作する電圧制御型発振回路に適用した例である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a voltage controlled oscillator circuit according to Embodiment 1 of the present invention. The present embodiment is an example applied to a voltage controlled oscillation circuit that includes a voltage conversion circuit and oscillates at a frequency corresponding to a control voltage.
図1において、電圧制御型発振回路100は、制御電圧VINに応じた制御電流IINに変換する電圧−電圧変換回路101と、電圧−電圧変換回路101により生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振するリングオシレータ201と、電圧−電圧変換回路101に基準電圧VRを印加するバイアス電圧発生回路301とを備えて構成される。
In FIG. 1, a voltage-controlled
電圧−電圧変換回路101は、制御入力端子110に接続され、制御電圧VINをゲート端子に受けるn型MOSトランジスタN110と、基準電圧VRをゲート端子に受けるn型MOSトランジスタN111と、n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ドレイン端子をドレイン端子に接続し、ソース端子を高電位電源VDDに接続するp型MOSトランジスタP110と、n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ソース端子と接地GND間に接続される抵抗体R100とを備えて構成される。
The voltage-
p型MOSトランジスタP110のゲート端子は、電圧制御型発振回路100のノード120としてリングオシレータ201に接続される。
The gate terminal of the p-type MOS transistor P110 is connected to the
n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111は、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつn型MOSトランジスタN110のゲート端子には一方の制御入力端子110から制御電圧VINを印加し、またn型MOSトランジスタN111のゲート端子には他方の入力端子から基準電圧VRを印加する差動回路115を構成する。
The n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 share the drain terminals and the source terminals, and apply the control voltage VIN from one
n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ソース端子側、すなわち差動回路115の低電位側(ソース側)には抵抗体R100が接続される。一般的には、差動回路の低電位側には定電流源が設置され、この差動回路は定電流源に一定電流を流して差動増幅動作を行う。本実施の形態では、この一般的な差動回路とは構成が異なっており、一般的な差動回路の定電流源に代えて、抵抗体R100が接続される特徴を有する。
A resistor R100 is connected to the common source terminal side of the n-type MOS transistor N110 and the MOS transistor N111, that is, the low potential side (source side) of the
n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111からなる差動回路115は、抵抗体R100を介して接地GNDに接続される。抵抗体R100が接続されることで、n型MOSトランジスタN110又はn型MOSトランジスタN111は、ゲート端子への制御電圧VIN又は基準電圧VRに応じていずれもONすることができる。このため、n型MOSトランジスタN110及び/又はn型MOSトランジスタN111のON状態に応じて、抵抗体R100に流れる電流は変化する。換言すれば、抵抗体R100を介して電流が流れることでn型MOSトランジスタN110及び/又はn型MOSトランジスタN111は、いつでもONできる状態となっている。
A
因みに、差動回路115を構成する一方のトランジスタがOFFのときは、他方のトランジスタは抵抗体R100と共にソースフォロワを構成する。例えば、n型MOSトランジスタN110がOFFの場合、MOSトランジスタN111は、ゲート端子が基準電圧VRに、ソース端子が抵抗体R100を介して接地GNDに接続されることでソースフォロワを構成する。この場合、MOSトランジスタN111は、ゲートに印加されるVGSのソースと接地GNDによって決定される電流分だけ電流が流れるソースフォロワとなる。同様に、n型MOSトランジスタN111がOFFの場合、MOSトランジスタN110は、ゲート端子が基準電圧VINに、ソース端子が抵抗体R100を介して接地GNDに接続されることでソースフォロワを構成する。
Incidentally, when one transistor constituting the
この関係から、本実施の形態の差動回路115は、n型MOSトランジスタN110と抵抗体R100からなるソースフォロワと、n型MOSトランジスタN111と抵抗体R100からなるソースフォロワとが対となった組合わせであるともいえる。
From this relationship, the
n型MOSトランジスタN110のゲート端子には、制御電圧VINが印加される。また、n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のソース端子と接地GND間には、抵抗体R100が接続されており、互いに接続されたn型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のドレイン端子より制御電流IIN=IR+IMが生成される。 A control voltage VIN is applied to the gate terminal of the n-type MOS transistor N110. The resistor R100 is connected between the source terminals of the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 and the ground GND, and the drain terminals of the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 connected to each other. Thus, a control current IIN = IR + IM is generated.
具体的には、n型MOSトランジスタN110のドレイン端子には、ドレイン電流IMが流れる。n型MOSトランジスタN111のドレイン端子には、ドレイン電流IRが流れる。n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111の共通接続されたドレインには、ドレイン電流IMとドレイン電流IRを足し合わせた制御電流IINが流れる。 Specifically, the drain current IM flows through the drain terminal of the n-type MOS transistor N110. A drain current IR flows through the drain terminal of the n-type MOS transistor N111. A control current IIN obtained by adding the drain current IM and the drain current IR flows to the commonly connected drains of the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111.
この制御電流IINは、ダイオード接続のp型MOSトランジスタP110とp型MOSトランジスタP211とp型MOSトランジスタP212とp型MOSトランジスタP213とから構成されるカレントミラー回路210によりリングオシレータ201にミラー電流として供給される。
This control current IIN is supplied as a mirror current to the
リングオシレータ201は、n型MOSトランジスタN211とp型MOSトランジスタP211からなる第1のインバータ211と、n型MOSトランジスタN212とp型MOSトランジスタP212からなる第2のインバータ212と、n型MOSトランジスタN213とp型MOSトランジスタP213からなる第3のインバータ213とがリング状に奇数段接続される。電圧−電圧変換回路101のノード120は、p型MOSトランジスタP211,P212,P213のゲート端子に接続され、第3のインバータ213の出力VOUTは、第1のインバータ211のn型MOSトランジスタN211のゲート端子に帰還される。
The
電圧−電圧変換回路101のp型MOSトランジスタP110と、リングオシレータ201のp型MOSトランジスタP211,P212,P213とは、ゲート端子及びドレイン端子を共通接続したカレントミラー回路210を構成する。
The p-type MOS transistor P110 of the voltage-
バイアス電圧発生回路301は、高電位側電源VDDと接地GND間に接続された抵抗体R301と、n型MOSトランジスタN310とから構成される。n型MOSトランジスタN310は、ドレイン端子及びゲート端子を接続して順方向ダイオードを形成し、この順方向ダイオードに基準電圧VRが発生する。発生する基準電圧VRは、順方向ダイオード接続されたn型MOSトランジスタN310で発生するゲートとソース間電圧VGSである。VGS特性はほぼ一定であるため、電源VDDの電圧が変動し流れる電流IBASEが変化した場合でも、基準電圧VRはほとんど変化することはない。このように、バイアス電圧発生回路301は、n型MOSトランジスタN310で発生するゲートとソース間電圧VGSを用いることにより、簡素な構成でありながら電源VDDの電圧変動の受けない、安定した基準電圧VRを発生することができる。
The bias
以下、上述のように構成された電圧制御型発振回路100の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the voltage controlled
前述したように、電圧−電圧変換回路101のn型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111は、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつn型MOSトランジスタN110のゲート端子には一方の制御入力端子110から制御電圧VINを印加し、またn型MOSトランジスタN111のゲート端子には他方の入力端子から基準電圧VRを印加する差動回路115を構成する。また、n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ソース端子側、すなわち差動回路115の低電位側には抵抗体R100が接続されている。
As described above, the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 of the voltage-
制御入力端子110に制御電圧VINが印加されると、制御電圧VINの大きさに応じてn型MOSトランジスタN110にドレイン電流IMが流れ、これを受けp型MOSトランジスタP110に制御電流IINが流れる。電圧−電圧変換回路101のp型MOSトランジスタP110とリングオシレータ201のp型MOSトランジスタP211,P212,P213とはカレントミラー構成となっており、制御電流IINと同じミラー電流がp型MOSトランジスタP211,P212,P213に流れる。リングオシレータ201は、このミラー電流により、制御電流IINの大きさに応じた周波数で発振し、出力端子VOから発振出力VOUTを出力する。
When the control voltage VIN is applied to the
一方、バイアス電圧発生回路301において発生する基準電圧VRは、順方向ダイオード接続されたn型MOSトランジスタN310で発生するゲートとソース間電圧VGSであるため、電源VDDの電圧が変動し流れる電流IBASEが変化した場合でも、基準電圧VRはほとんど変化することはない。したがって、電源VDDの電圧の変化に対して基準電圧VRは一定の値が得られる。
On the other hand, the reference voltage VR generated in the bias
この基準電圧VRは、電圧−電圧変換回路101のn型MOSトランジスタN111のゲート端子に印加される。基準電圧VRは、n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111とで構成される差動回路115の基準電圧VRとして使用されており、基準電圧VRはn型MOSトランジスタN111のゲート端子に印加されている。n型MOSトランジスタN111は、一定電位の基準電圧VRをゲートに受け、制御電圧VINが所定電圧以上になるまではONし続ける。
This reference voltage VR is applied to the gate terminal of the n-type MOS transistor N111 of the voltage-
n型MOSトランジスタN110のゲート端子に印加される制御電圧VINが、n型MOSトランジスタN111のゲート端子に印加される基準電圧VRより小さい場合、制御電圧VINが0V付近でn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRはほとんどゼロである。しかし、n型MOSトランジスタN111がONしているため、n型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRが流れ、IIN=IR+IMの関係よりn型MOSトランジスタN110のしきい値電圧以下でも制御電流IINが流れる。n型MOSトランジスタN110がしきい値電圧以下、すなわちn型MOSトランジスタN110がOFFの場合であってもn型MOSトランジスタN111がONしていることにより制御電流IINが流れ、従ってリングオシレータ201は安定して発振する。これが実現できるのは、n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111が差動回路115を構成し、かつこの差動回路115の低電位側(ソース側)は抵抗体R100を介して接地GNDに接続されている構成を採るからである。加えて、n型MOSトランジスタN111のゲート端子に、n型MOSトランジスタN310のゲートとソース間電圧VGSを基に発生させた、電源VDDの電圧変動にほとんど依存しない基準電圧VRを印加することも特徴の一つである。基準電圧VRを生成するバイアス電圧発生回路301は、n型MOSトランジスタN310と抵抗体R301からなる極めて簡素な構成により実現できる。構成が簡素なだけではなく、従来例のような複雑な構成の定電流回路を使用しない点が特に優れている。
When the control voltage VIN applied to the gate terminal of the n-type MOS transistor N110 is smaller than the reference voltage VR applied to the gate terminal of the n-type MOS transistor N111, the drain of the n-type MOS transistor N111 is near 0V. The current IR is almost zero. However, since the n-type MOS transistor N111 is ON, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 flows, and the control current IIN flows even below the threshold voltage of the n-type MOS transistor N110 due to the relationship of IIN = IR + IM. Even when the n-type MOS transistor N110 is equal to or lower than the threshold voltage, that is, when the n-type MOS transistor N110 is OFF, the control current IIN flows when the n-type MOS transistor N111 is ON, so that the
また、制御電圧VINが増加し基準電圧VRと等しくなった場合には、n型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMとn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRとが釣り合った電流IR=IMの制御電流IINが流れる。 In addition, when the control voltage VIN increases and becomes equal to the reference voltage VR, the control current IIN of the current IR = IM in which the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 and the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 are balanced. Flows.
さらに、制御電圧VINが基準電圧VRを超えて増加していくと、n型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRがほとんどゼロになり、n型MOSトランジスタN111はOFFする。そして、n型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMが支配的に流れるようになる。 Further, when the control voltage VIN increases beyond the reference voltage VR, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 becomes almost zero, and the n-type MOS transistor N111 is turned off. Then, the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 flows dominantly.
以後はn型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMが制御電流IINとなるため、IIN=IR+IMの関係から制御電流IINは制御電圧VINに応じて増加していく。 Thereafter, since the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 becomes the control current IIN, the control current IIN increases according to the control voltage VIN from the relationship of IIN = IR + IM.
このように、本構成では、従来例のようなオフセット電流が自動的にできてしまうという特有の効果がある。本構成によればオフセット電流を作る効果が得られる。また、従来例では、オフセット電流発生回路では必要であった複雑な定電流回路が、本実施の形態のバイアス電圧発生回路301では不要になる。
Thus, this configuration has a specific effect that an offset current as in the conventional example can be automatically generated. According to this configuration, an effect of creating an offset current can be obtained. Further, in the conventional example, a complicated constant current circuit that is necessary in the offset current generation circuit is not required in the bias
また、バイアス電圧発生回路301は、電源電圧VDDの変動に依存性のない基準電圧VRが、MOSトランジスタ1つと抵抗で実現できてしまうというコスト面でも優れた効果がある。
Further, the bias
次に、電圧制御型発振回路100の制御電圧VINに対する制御電流IINとリングオシレータ201の発振周波数の関係について特性図を用いて説明する。
Next, the relationship between the control current IIN and the oscillation frequency of the
図2は、電圧制御型発振回路100の制御電圧VINに対する制御電流IINとリングオシレータ201の発振周波数の関係を示す発振周波数特性図である。
FIG. 2 is an oscillation frequency characteristic diagram showing the relationship between the control current IIN and the oscillation frequency of the
図2(a)は、n型MOSトランジスタN110のゲートに印加された制御電圧VINと制御電流IINの関係の関係を示し、図2(b)は、制御電圧VINに対するリングオシレータ201の発振周波数を示す。
2A shows the relationship between the control voltage VIN applied to the gate of the n-type MOS transistor N110 and the control current IIN, and FIG. 2B shows the oscillation frequency of the
図2(a)(b)の横軸には、n型MOSトランジスタN110のゲートに印加された制御電圧VINをとる。また、図2(a)の縦軸にはn型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMとn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRとその総和(IR+IM)である制御電流IIN(μA)を、図2(b)の縦軸には制御電圧VINに対するリングオシレータ201の発振周波数(Hz)をとる。
2A and 2B, the horizontal axis represents the control voltage VIN applied to the gate of the n-type MOS transistor N110. 2A, the drain current IM of the n-type MOS transistor N110, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111, and the control current IIN (μA) which is the sum (IR + IM) are shown in FIG. The vertical axis of b) represents the oscillation frequency (Hz) of the
図2(a)鎖線に示すように、制御電圧VINが基準電圧VRより小さい場合、制御電圧VINが0V付近でn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRはほとんどゼロである。ここで、n型MOSトランジスタN111はn型MOSトランジスタN110と共に差動回路115を構成し、かつこの差動回路115のソース側が抵抗体R100に接続されていることにより、n型MOSトランジスタN111がONしている。このため、ドレイン電流IRが流れ、IIN=IR+IMの関係よりn型MOSトランジスタN110のしきい値電圧以下でも制御電流IINが流れる。なお、制御電圧VINが0V付近におけるn型MOSトランジスタN111は、ソース端子が抵抗体R100を介して接地GNDに接続されるソースフォロワを構成する。
As shown by the chain line in FIG. 2A, when the control voltage VIN is smaller than the reference voltage VR, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 is almost zero when the control voltage VIN is around 0V. Here, the n-type MOS transistor N111 forms a
図2(a)鎖線に示すように、制御電圧VINが増加していくと、n型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMは増加していく一方、これに伴ってn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRは減少していく。これは、n型MOSトランジスタN110及びn型MOSトランジスタN111が差動回路115を構成し、かつこの差動回路115のソース側が抵抗体R100に接続されている構成を採るからである。n型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMとn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRとその総和(IR+IM)である制御電流IINはほぼ一定である。
As shown by the chain line in FIG. 2A, as the control voltage VIN increases, the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 increases, and accordingly the drain current IR of the n-type MOS transistor N111. Will decrease. This is because the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 constitute the
図2(a)VRに示すように、制御電圧VINが増加し基準電圧VRと等しくなった場合には、n型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMとn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRが等しくIR=IM(図2(a))のVRにおける電流)となり、その総和(IR+IM)である制御電流IINが流れる。 As shown in FIG. 2A, when the control voltage VIN increases and becomes equal to the reference voltage VR, the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 and the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 are equal to IR. = IM (current in VR of FIG. 2A), and a control current IIN that is the sum (IR + IM) flows.
さらに、制御電圧VINが基準電圧VRを超えて増加していくと、n型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRがほとんどゼロになる(図2(a)VS参照)。 Further, when the control voltage VIN increases beyond the reference voltage VR, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 becomes almost zero (see VS in FIG. 2A).
以後はn型MOSトランジスタN110のドレイン電流IMが制御電流IINとなる。また、n型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRはほとんどゼロである。IIN=IR+IMの関係から制御電流IINは制御電圧VINに応じて増加していく。 Thereafter, the drain current IM of the n-type MOS transistor N110 becomes the control current IIN. Further, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 is almost zero. From the relationship of IIN = IR + IM, the control current IIN increases according to the control voltage VIN.
以上、図2(a)に示すように、本構成によれば、自動的に、従来例のようなオフセット電流ができてしまうので、制御電圧VINが0Vから制御電流IINが流れることになる。したがって、図2(b)に示すように、リングオシレータ201は制御電圧VINが0Vから安定して発振することができる。
As described above, as shown in FIG. 2A, according to this configuration, an offset current as in the conventional example is automatically generated, and therefore, the control current IIN flows from the control voltage VIN of 0V. Therefore, as shown in FIG. 2B, the
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、電圧−電圧変換回路101は、制御入力端子110に接続され、制御電圧VINをゲート端子に受けるn型MOSトランジスタN110と、基準電圧VRをゲート端子に受けるn型MOSトランジスタN111と、n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ドレイン端子をドレイン端子に接続し、ソース端子を高電位電源VDDに接続するp型MOSトランジスタP110と、n型MOSトランジスタN110及びMOSトランジスタN111の共通ソース端子と接地GND間に接続される抵抗体R100とを備え、n型第1のMOSトランジスタN110のドレイン電流IMとn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRの和が制御電流IINを形成するので、従来例の図8のような複雑な定電流源60を使用することなく、簡単な回路構成で制御電圧VINがゲートしきい値電圧以下でも制御電流IINを流すことができる。すなわち、複雑高価な定電流回路を使用せずに制御電圧VINがゲートしきい値電圧以下の場合でも電源電圧の値に依存しない制御電流IINを生成することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the voltage-
本実施の形態では、上記電圧−電圧変換回路101と、生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振するリングオシレータ201と、基準電圧VRを印加するバイアス電圧発生回路301とを備える電圧電流変換回路100に適用することで、制御電圧VINが低い場合でもリングオシレータ201を安定して発振させることができる。特に、複雑な定電流回路を使用しない回路構成で、制御電圧VINが0Vからリングオシレータ201を安定発振させることができる。
In the present embodiment, the voltage-
また、バイアス電圧発生回路301は、n型MOSトランジスタN310で発生するゲートとソース間電圧VGSを用いることにより、簡素な構成でありながら電源VDDの電圧変動の受けない、安定した基準電圧VRを発生することができる。
Further, the bias
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る電圧制御型発振回路の構成を示す図である。図1と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the voltage controlled oscillator circuit according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG.
図3において、電圧制御型発振回路400は、制御電圧VINに応じた制御電流IINに変換する電圧−電圧変換回路101と、電圧−電圧変換回路101により生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振するリングオシレータ201と、電圧−電圧変換回路101に基準電圧VRを印加するバイアス電圧発生回路401とを備えて構成される。
In FIG. 3, the voltage-controlled
電圧−電圧変換回路101のn型MOSトランジスタN111のゲートには、バイアス電圧発生回路401から基準電圧VRが印加されている。
A reference voltage VR is applied from the bias
バイアス電圧発生回路401は、基準電圧源VREFと接地GND間に接続された抵抗体R401と抵抗体R402とから構成される。
The bias
バイアス電圧発生回路401に供給される基準電圧源VREFは、電源電圧の変動がない基準電圧である。基準電圧源VREFは、この電圧変動がない。
The reference voltage source VREF supplied to the bias
以下、上述のように構成された電圧制御型発振回路400の動作について説明する。基本動作は、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Hereinafter, the operation of the voltage controlled
バイアス電圧発生回路401は、基準電圧源VREFと接地GND間に抵抗体R401と抵抗体R402が接続され、抵抗体R401と抵抗体R402で分圧される基準電圧VRが発生している。例えば、1.2Vの基準電圧源VREFから実施の形態1で使用したn型MOSトランジスタN310による順方向ダイオード電圧相当である0.7Vの基準電圧VRを作成する場合には抵抗体R401と抵抗体R402の抵抗比を次式(1)に従って設定すればよい。
In the bias
R401/R402=(1.2V−0.7V)/0.7V=0.714 …(1)
また、基準電圧源VREF自体が0.7Vである場合には、基準電圧源VREFを抵抗体R401と抵抗体R402の抵抗で分圧することなく直接n型MOSトランジスタN111のゲートに印加してもよい。
R401 / R402 = (1.2V−0.7V) /0.7V=0.714 (1)
When the reference voltage source VREF itself is 0.7 V, the reference voltage source VREF may be directly applied to the gate of the n-type MOS transistor N111 without being divided by the resistances of the resistor R401 and the resistor R402. .
さらに、基準電圧VRは0.7Vに限定されることはなく、n型MOSトランジスタN111のしきい値以上の電圧であればよい。基準電圧VRは、制御電圧VINが0Vのときに流れるn型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRの電流量によって決定することができる。例えば、抵抗体R100の抵抗値が2kΩでn型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のしきい値VTが共に0.6Vの場合において、n型MOSトランジスタN111のドレイン電流IRを100μA流す場合にはVRの設定は次のようになる。 Further, the reference voltage VR is not limited to 0.7V, and may be a voltage equal to or higher than the threshold value of the n-type MOS transistor N111. The reference voltage VR can be determined by the amount of drain current IR of the n-type MOS transistor N111 that flows when the control voltage VIN is 0V. For example, when the resistance value of the resistor R100 is 2 kΩ and the threshold values VT of the n-type MOS transistor N110 and the n-type MOS transistor N111 are both 0.6 V, the drain current IR of the n-type MOS transistor N111 is 100 μA. The VR setting is as follows.
すなわち、基準電圧VRは、制御電圧VINが0Vのときにはn型MOSトランジスタN110はOFFのため、n型MOSトランジスタN111のゲート電圧をVGとすると、次式(2)が成り立ち、式(2)を変形して次式(3)を得る。 That is, as for the reference voltage VR, when the control voltage VIN is 0V, the n-type MOS transistor N110 is OFF. Therefore, when the gate voltage of the n-type MOS transistor N111 is VG, the following equation (2) is established, and the equation (2) is established. The following equation (3) is obtained by deformation.
IR=(VG−VT)/R100=(VR−VT)/R100 …(2)
VR=IR/R100+VT=100μA/2kΩ+0.6V=0.65V…(3)
上記式(3)から、n型MOSトランジスタN111に0.65Vを印加すればよい。
IR = (VG−VT) / R100 = (VR−VT) / R100 (2)
VR = IR / R100 + VT = 100 μA / 2 kΩ + 0.6 V = 0.65 V (3)
From the above equation (3), 0.65 V may be applied to the n-type MOS transistor N111.
以上のように、バイアス電圧発生回路401から生成する基準電圧VRは、電圧が変動することのない基準電圧源VREFから抵抗体R401と抵抗体R402により抵抗分割することにより発生している電圧であるため、電圧−電圧変換回路101とリングオシレータ201で使用している電源VDDと無関係となり基準電圧VRは一定となる。
As described above, the reference voltage VR generated from the bias
さらに、バイアス電圧発生回路401により発生した基準電圧VRは、電圧−電圧変換回路101に入力され、n型MOSトランジスタN111のゲートに印加されている。n型MOSトランジスタN111は、n型MOSトランジスタN110と共に差動回路115を構成しており、差動回路115の基準電圧VRとして使用される。一方、n型MOSトランジスタN110のゲートには制御電圧VINが印加され、n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のソースと接地GND間には抵抗体R100が接続されている。互いに接続されたn型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のドレインより制御電流IIN=IR+IMが生成される。
Further, the reference voltage VR generated by the bias
この制御電流IINは、ダイオード接続のp型MOSトランジスタP110とリングオシレータ201のp型MOSトランジスタP211,P212,P213とから構成されるカレントミラー回路210によりリングオシレータ201にミラー電流として供給される。リングオシレータ201は、このミラー電流により制御電流IINの大きさに応じた周波数で発振し、出力端子VOから出力VOUTを出力する。
This control current IIN is supplied as a mirror current to the
電圧制御型発振回路400の制御電圧VINに対する制御電流IINとリングオシレータ201の発振周波数の関係は、実施の形態1で説明した内容と同様である。同様の理由によって、電圧制御型発振回路400のリングオシレータ201は、制御電圧VINが0Vから安定して発振することができる。
The relationship between the control current IIN and the oscillation frequency of the
バイアス電圧発生回路401に供給される基準電圧源VREFは、電源電圧の変動がない基準電圧である。電源VDDは回路に流れる電流によって電源電圧が変動することがある。実施の形態2のバイアス電圧発生回路401の基準電圧源VREFは、この変動がない。電圧が変動することのない基準電圧源VREFから抵抗体R401と抵抗体R402により抵抗分割することにより発生している電圧であるため、電圧−電圧変換回路101とリングオシレータ201で使用している電源VDDと無関係となり基準電圧VRは一定となる。
The reference voltage source VREF supplied to the bias
したがって、実施の形態1と同様の効果、すなわち電圧−電圧変換回路101は、定電流回路を使用せずに制御電圧VINがゲートしきい値電圧以下の場合でも電源電圧の値に依存しない制御電流を生成することができる。また、電圧−電圧変換回路101を備える電圧制御型発振回路400は、制御電圧VINが0Vからリングオシレータ201を安定発振させることができる。
Therefore, the same effect as that of the first embodiment, that is, the voltage-
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る電圧制御型発振回路の構成を示す図である。図1と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the voltage controlled oscillator circuit according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG.
図4において、電圧制御型発振回路500は、制御電圧VINに応じた制御電流IINに変換する電圧−電圧変換回路101と、電圧−電圧変換回路101により生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振するリングオシレータ201と、電圧−電圧変換回路101に基準電圧VRを印加するバイアス電圧発生回路501とを備えて構成される。
In FIG. 4, the voltage-controlled
電圧−電圧変換回路101のn型MOSトランジスタN111のゲートには、バイアス電圧発生回路501から基準電圧VRが印加されている。
A reference voltage VR is applied from the bias
バイアス電圧発生回路501は、電源VDDと接地GNDの間に接続された基準電圧源510から構成される。
The bias
以下、上述のように構成された電圧制御型発振回路500の動作について説明する。基本動作は、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Hereinafter, the operation of the voltage controlled
バイアス電圧発生回路501は、電源VDDと接地GNDの間に接続されている基準電圧源510から基準電圧VRが出力されている。基準電圧源510は、電源VDDと接地GNDから基準電圧VRを発生したものであり、実施の形態1において図1を用いて説明したような電源VDDと接地GND間に抵抗体R301とn型MOSトランジスタN310の順方向ダイオードを接続し基準電圧VRを発生させる方法も含まれている。
The bias
バイアス電圧発生回路501からの基準電圧VRは、電圧−電圧変換回路101に入力され、バイアス電圧発生回路501により発生した基準電圧VRは、電圧−電圧変換回路101に入力され、n型MOSトランジスタN111のゲートに印加されている。n型MOSトランジスタN111は、n型MOSトランジスタN110と共に差動回路115を構成しており、差動回路115の基準電圧VRとして使用される。一方、n型MOSトランジスタN110のゲートには制御電圧VINが印加され、n型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のソースと接地GND間には抵抗体R100が接続されている。互いに接続されたn型MOSトランジスタN110とn型MOSトランジスタN111のドレインより制御電流IIN=IR+IMが生成される。
The reference voltage VR from the bias
この制御電流IINは、ダイオード接続のp型MOSトランジスタP110とリングオシレータ201のp型MOSトランジスタP211,P212,P213とから構成されるカレントミラー回路210によりリングオシレータ201にミラー電流として供給される。リングオシレータ201は、このミラー電流により制御電流IINの大きさに応じた周波数で発振し、出力端子VOから出力VOUTを出力する。
This control current IIN is supplied as a mirror current to the
電圧制御型発振回路500の制御電圧VINに対する制御電流IINとリングオシレータ201の発振周波数の関係は、実施の形態1で説明した内容と同様である。同様の理由によって、電圧制御型発振回路500のリングオシレータ201は、制御電圧VINが0Vから安定して発振することができる。
The relationship between the control current IIN and the oscillation frequency of the
(実施の形態4)
上記実施の形態1乃至3において使用したリングオシレータ201は、どのような構成のものでもよい。
(Embodiment 4)
The
図5は、本発明の実施の形態4に係る電圧制御型発振回路のリングオシレータの構成を示す回路図である。本実施の形態のリングオシレータ601を、実施の形態1乃至3のリングオシレータ201の代わりに使用してもよい。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the ring oscillator of the voltage controlled oscillator circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The
図5において、リングオシレータ601は、n型MOSトランジスタN211とp型MOSトランジスタP211,P611からなる第1のインバータ611と、n型MOSトランジスタN212とp型MOSトランジスタP212,P612からなる第2のインバータ612と、n型MOSトランジスタN213とp型MOSトランジスタP213,P613からなる第3のインバータ613とがリング状に奇数段接続される。電圧−電圧変換回路101のノード120は、p型MOSトランジスタP211,P212,P213のゲート端子に接続され、第3のインバータ213の出力VOUTは、第1のインバータ611のn型MOSトランジスタN211及びp型MOSトランジスタP611のゲート端子に帰還される。
In FIG. 5, the
図5のリングオシレータ601は、第1乃至第3インバータ611〜613がリング状に3段接続されており、p型MOSトランジスタP611とp型MOSトランジスタP612とp型MOSトランジスタP613のソースに対し、それぞれp型MOSトランジスタP211とp型MOSトランジスタP212とp型MOSトランジスタP213のドレインから動作電流が供給され、その動作電流の大きさにより発振周波数が変化するリングオシレータである。
In the
図5に示すリングオシレータ601を用いても、本発明による電圧制御型発振回路を実現することができる。
Even if the
(実施の形態5)
上記実施の形態1乃至4は、電圧変換回路を電圧制御型発振回路に適用した例であるが、本発明の電圧変換回路は、電圧制御型発振回路に限らず、定電流回路を使用せずに電源電圧の値に依存しない制御電流を生成する回路であれば、どのような回路にも適用可能である。
(Embodiment 5)
Embodiments 1 to 4 are examples in which the voltage conversion circuit is applied to a voltage control type oscillation circuit. However, the voltage conversion circuit of the present invention is not limited to the voltage control type oscillation circuit, and does not use a constant current circuit. Any circuit that generates a control current that does not depend on the value of the power supply voltage can be applied.
実施の形態5は、本発明の電圧変換回路をレベルシフト回路に適用した例である。 The fifth embodiment is an example in which the voltage conversion circuit of the present invention is applied to a level shift circuit.
図6は、本発明の実施の形態5に係る半導体回路の構成を示す図である。図1と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a semiconductor circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description of overlapping portions is omitted.
図6において、半導体回路700は、制御電圧VINに応じた制御電流IINに変換する電圧−電圧変換回路101と、電圧−電圧変換回路101により生成された制御電流IINをレベルシフトするレベルシフト回路701と、電圧−電圧変換回路101に基準電圧VRを印加するバイアス電圧発生回路301とを備えて構成される。
In FIG. 6, a
電圧−電圧変換回路101のn型MOSトランジスタN111のゲートには、バイアス電圧発生回路301から基準電圧VRが印加されている。
A reference voltage VR is applied from the bias
半導体回路700は、例えば入出力回路に使用される。
The
電圧−電圧変換回路101は、生成した制御電流IINの大きさにより電源VDDからIIN×R301により生成する電位差を変化させレベルシフト回路701の出力電圧を変化させる。
The voltage-
レベルシフト回路701は、p型MOSトランジスタP710と、p型MOSトランジスタP710に直列接続されたn型MOSトランジスタN710と、n型MOSトランジスタN710のゲート及びドレインに共通接続されたn型MOSトランジスタN711と、電源VDDとn型MOSトランジスタN711間に接続された抵抗体R701とから構成される。
The
電圧−電圧変換回路101のノード120は、レベルシフト回路701のp型MOSトランジスタP710のゲート端子に接続され、電圧−電圧変換回路101のp型MOSトランジスタP110とレベルシフト回路701のp型MOSトランジスタP710は、カレントミラー回路720を構成する。
The
また、レベルシフト回路701のn型MOSトランジスタN710とn型MOSトランジスタN711は、カレントミラー回路730を構成する。
In addition, the n-type MOS transistor N710 and the n-type MOS transistor N711 of the
以下、上述のように構成された半導体回路700の動作について説明する。電圧−電圧変換回路101及びバイアス電圧発生回路301の動作は、実施の形態1と同様である。
Hereinafter, the operation of the
電圧−電圧変換回路101のp型MOSトランジスタP110とレベルシフト回路701のp型MOSトランジスタP710とから構成されるカレントミラー回路720によりp型MOSトランジスタP110の制御電流IINがn型MOSトランジスタN710にミラー電流として供給される。
The control current IIN of the p-type MOS transistor P110 is mirrored to the n-type MOS transistor N710 by the
さらに、レベルシフト回路701のn型MOSトランジスタN710とn型MOSトランジスタN711とから構成されるカレントミラー回路730によりn型MOSトランジスタN710の制御電流IINがn型MOSトランジスタN711にミラー電流として供給される。これにより、抵抗体R701に制御電流IINが流れ、出力端子VOUTには、次式(4)に示すように電源VDDよりもIIN×R701低い電圧が生じている。
Further, the control current IIN of the n-type MOS transistor N710 is supplied as a mirror current to the n-type MOS transistor N711 by the
VOUT=VDD−IIN×R701 …(4)
例えば、初期状態として制御電圧VIN=0Vとすると、IIN=IRの電流が抵抗体R701に流れるためレベルシフト回路701のVOUTの初期電圧は最大値をとり、式(4)から次式(5)となる。
VOUT = VDD−IIN × R701 (4)
For example, assuming that the control voltage VIN = 0V as an initial state, a current of IIN = IR flows through the resistor R701, so that the initial voltage of VOUT of the
VOUT=VDD−IIN×IR …(5)
次に、制御電圧VINが上昇すると制御電流IINが増加し、IIN×IRにより発生する電位差が増加するため、接地GNDに対するVOUT電位は低下する。
VOUT = VDD−IIN × IR (5)
Next, when the control voltage VIN rises, the control current IIN increases, and the potential difference generated by IIN × IR increases, so the VOUT potential with respect to the ground GND decreases.
したがって、制御電圧VIN=0Vの状態では、抵抗体R701の製造上の絶対値ばらつきによりレベルシフト回路701のVOUTの電圧値にばらつきが発生するが、上記のように制御電圧VIN=0Vの場合のVOUTを所望の電位より高く設定し、制御電圧VINを上昇させる。このことにより、VOUTを所望の電位まで低下させそのときの制御電圧VINを固定する。これにより最終的に得られるVOUTの絶対値精度を高めることができる。
Therefore, in the state where the control voltage VIN = 0V, variation in the voltage value of VOUT of the
このように、実施の形態5によれば、半導体回路700は、上記電圧−電圧変換回路101と、電圧−電圧変換回路101により生成された制御電流IINをレベルシフトするレベルシフト回路701とを備えているので、複雑高価な定電流回路を使用せずに制御電圧VINが、0Vを含むゲートしきい値電圧以下の場合でも電源電圧の値に依存しない制御電流IINを生成することができる。上述したように、制御電圧VIN=0Vの場合のVOUTを所望の電位より高く設定し、制御電圧VINを上昇させることにより、最終的に得られるVOUTの絶対値精度を高めることができる。
Thus, according to the fifth embodiment, the
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。例えば、上記実施の形態1乃至4は、電圧制御型発振回路の場合であり、実施の形態5はレベルシフト回路を含む半導体回路の例であるが、制御電圧を制御電流に変換する電圧変換回路を備える全ての半導体回路、それを用いたPLL回路などの場合も同様の効果を得ることができる。 The above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this. For example, the first to fourth embodiments described above are cases of a voltage-controlled oscillation circuit, and the fifth embodiment is an example of a semiconductor circuit including a level shift circuit, but a voltage conversion circuit that converts a control voltage into a control current. The same effect can be obtained also in the case of all semiconductor circuits including the above, and a PLL circuit using the same.
また、上記各実施の形態では電圧制御型発振回路という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、電圧制御型発振器、半導体集積回路装置、電圧−電流変換回路、レベル変換回路等であってもよいことは勿論である。 In each of the above embodiments, the name of the voltage control type oscillation circuit is used. However, this is for convenience of explanation and includes a voltage control type oscillator, a semiconductor integrated circuit device, a voltage-current conversion circuit, a level conversion circuit, and the like. Of course, it may be.
さらに、上記電圧変換回路、電圧制御型発振回路を構成する各回路部、例えばリング発振器の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。 Further, the circuit units constituting the voltage conversion circuit and the voltage control type oscillation circuit, for example, the type, number and connection method of the ring oscillator are not limited to the above-described embodiments.
また、MOSトランジスタの種類、極性は上記各実施の形態のものに限定されるものではない。例えば、各回路においてn型MOSトランジスタとp型MOSトランジスタの極性を全て逆に構成してもよい(但し電源構成は異なる)することも可能である。 Further, the type and polarity of the MOS transistor are not limited to those of the above embodiments. For example, in each circuit, the polarities of the n-type MOS transistor and the p-type MOS transistor may all be reversed (however, the power supply configuration is different).
さらに、通常のシリコン基板上に構成されたMOSトランジスタだけでなく、SOI(Silicon On Insulator)構造のMOSトランジスタによって構成された半導体集積回路に対しても、実施することができる。 Further, the present invention can be applied not only to a MOS transistor configured on a normal silicon substrate but also to a semiconductor integrated circuit configured by a MOS transistor having an SOI (Silicon On Insulator) structure.
例えば、通常のシリコン基板上に構成されたMOSトランジスタだけでなく、n型MOSトランジスタとp型MOSトランジスタをSOI構造のシリコン基板上に形成すると、ラッチアップを起こさないという利点がある。さらに、全てのMOSトランジスタがSOI構造のシリコン基板上に形成された半導体集積回路に対して、実施することも可能である。 For example, when an n-type MOS transistor and a p-type MOS transistor are formed on a silicon substrate having an SOI structure as well as a MOS transistor configured on a normal silicon substrate, there is an advantage that latch-up does not occur. Further, the present invention can also be implemented for a semiconductor integrated circuit in which all MOS transistors are formed on a silicon substrate having an SOI structure.
本発明に係る電圧制御型発振回路及び電圧変換回路は、PLL半導体集積回路に使用される電圧制御型発振器として利用することが可能である。また、電圧制御型発振器に限らず、レベルシフト回路又は入出力回路など半導体回路のさまざまな回路要素にも広く適用され得るものである。 The voltage controlled oscillation circuit and the voltage conversion circuit according to the present invention can be used as a voltage controlled oscillator used in a PLL semiconductor integrated circuit. Further, the present invention can be widely applied not only to a voltage controlled oscillator but also to various circuit elements of a semiconductor circuit such as a level shift circuit or an input / output circuit.
100,400,500 電圧制御型発振回路
101 電圧−電圧変換回路
115 差動回路
120 ノード
201,601 リングオシレータ
210,720,730 カレントミラー回路
211,611 第1のインバータ
212,612 第2のインバータ
213,613 第3のインバータ
301 バイアス電圧発生回路
510 基準電圧源
700 半導体回路
N110,N111,N211,N212,N213,N310,N710,N711 n型MOSトランジスタ
P110,P211,P212,P213,P611,P612,P613,P710 p型MOSトランジスタ
R100,R301,R401,R402,R701 抵抗体
100, 400, 500 Voltage controlled
Claims (16)
前記制御電圧を制御電流に変換する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路に基準電圧を供給する基準電圧発生回路と、
前記電圧変換回路により生成された制御電流に対応する動作電流が流されて電流値に応じた周波数で発振する発振回路とを備え、
前記電圧変換回路は、
前記制御電圧をゲート端子に受ける第1のMOSトランジスタと、
前記基準電圧をゲート端子に受ける第2のMOSトランジスタとを有し、
前記第1のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタは、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつ前記第1のMOSトランジスタのゲート端子には前記制御電圧を印加し、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子には前記基準電圧を印加する差動回路を構成し、
前記第1のMOSトランジスタ及び前記第2のMOSトランジスタの共通ソース端子と第1電源間には抵抗体を接続し、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流と前記第2のMOSトランジスタのドレイン電流の総和が前記制御電流を形成することを特徴とする電圧制御型発振回路。 A voltage controlled oscillation circuit that oscillates at a frequency according to a control voltage,
A voltage conversion circuit for converting the control voltage into a control current;
A reference voltage generation circuit for supplying a reference voltage to the voltage conversion circuit;
An oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to a current value through which an operating current corresponding to the control current generated by the voltage conversion circuit is passed;
The voltage conversion circuit includes:
A first MOS transistor receiving the control voltage at its gate terminal;
A second MOS transistor that receives the reference voltage at a gate terminal;
The first MOS transistor and the second MOS transistor share a drain terminal and a source terminal, apply the control voltage to the gate terminal of the first MOS transistor, and apply the control voltage to the second MOS transistor. Configure a differential circuit that applies the reference voltage to the gate terminal of the transistor,
A resistor is connected between the common source terminal of the first MOS transistor and the second MOS transistor and the first power supply,
A voltage controlled oscillation circuit, wherein a sum of a drain current of the first MOS transistor and a drain current of the second MOS transistor forms the control current.
前記第2のMOSトランジスタは、前記第1のMOSトランジスタがOFFのとき、前記第2のMOSトランジスタのソース端子が前記抵抗体を介して前記第1電源に接続されるソースフォロワを構成することを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振回路。 The first MOS transistor constitutes a source follower in which a source terminal of the first MOS transistor is connected to the first power supply via the resistor when the second MOS transistor is OFF,
The second MOS transistor constitutes a source follower in which a source terminal of the second MOS transistor is connected to the first power supply via the resistor when the first MOS transistor is OFF. 2. The voltage controlled oscillator circuit according to claim 1, wherein
前記第2の抵抗体と前記順方向MOSダイオードの接続点の電位を、前記基準電圧として出力することを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振回路。 The reference voltage generation circuit includes a second power source, a second resistor connected in series to the first power source, and a forward MOS diode connected in series to the second resistor,
2. The voltage controlled oscillation circuit according to claim 1, wherein a potential at a connection point between the second resistor and the forward MOS diode is output as the reference voltage.
前記第2基準電圧と前記第1電源間の任意の電圧を前記第3の複数の抵抗体により分圧して出力した電位を、前記基準電圧として出力することを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振回路。 The reference voltage generation circuit includes a third plurality of resistors connected between a second reference voltage and the first power source,
2. The voltage according to claim 1, wherein a potential obtained by dividing an arbitrary voltage between the second reference voltage and the first power supply by the third plurality of resistors and outputting the divided voltage is output as the reference voltage. Control type oscillation circuit.
前記制御電圧をゲート端子に受ける第1のMOSトランジスタと、
基準電圧をゲート端子に受ける第2のMOSトランジスタとを有し、
前記第1のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタは、ドレイン端子同士及びソース端子同士を共通にし、かつ前記第1のMOSトランジスタのゲート端子には前記制御電圧を印加し、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子には前記基準電圧を印加する差動回路を構成し、
前記第1のMOSトランジスタ及び前記第2のMOSトランジスタの共通ソース端子と第1電源間には抵抗体を接続し、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流と前記第2のMOSトランジスタのドレイン電流の総和が前記制御電流を形成することを特徴とする電圧変換回路。 A voltage conversion circuit for converting a control voltage into a control current,
A first MOS transistor receiving the control voltage at its gate terminal;
A second MOS transistor that receives a reference voltage at its gate terminal;
The first MOS transistor and the second MOS transistor share a drain terminal and a source terminal, and apply the control voltage to the gate terminal of the first MOS transistor, so that the second MOS transistor Configure a differential circuit that applies the reference voltage to the gate terminal of the transistor,
A resistor is connected between the common source terminal of the first MOS transistor and the second MOS transistor and the first power supply,
The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein a sum of a drain current of the first MOS transistor and a drain current of the second MOS transistor forms the control current.
前記第2のMOSトランジスタは、前記第1のMOSトランジスタがOFFのとき、前記第2のMOSトランジスタのソース端子が前記抵抗体を介して前記第1電源に接続されるソースフォロワを構成することを特徴とする請求項11記載の電圧変換回路。 The first MOS transistor constitutes a source follower in which a source terminal of the first MOS transistor is connected to the first power supply via the resistor when the second MOS transistor is OFF,
The second MOS transistor constitutes a source follower in which a source terminal of the second MOS transistor is connected to the first power supply via the resistor when the first MOS transistor is OFF. The voltage conversion circuit according to claim 11, wherein:
前記基準電圧発生回路は、第2電源と前記第1電源に直列接続された第2の抵抗体と、前記第2の抵抗体と直列接続された順方向MOSダイオードとからなり、
前記第2の抵抗体と前記順方向MOSダイオードの接続点の電位を、前記基準電圧として出力することを特徴とする請求項11記載の電圧変換回路。 A reference voltage generating circuit for supplying the reference voltage;
The reference voltage generation circuit includes a second power source, a second resistor connected in series to the first power source, and a forward MOS diode connected in series to the second resistor,
12. The voltage conversion circuit according to claim 11, wherein a potential at a connection point between the second resistor and the forward MOS diode is output as the reference voltage.
前記基準電圧発生回路は、第2基準電圧と前記第1電源間に接続された第3の複数の抵抗体からなり、
前記第2基準電圧と前記第1電源間の任意の電圧を前記第3の複数の抵抗体により分圧して出力した電位を、前記基準電圧として出力することを特徴とする請求項11記載の電圧変換回路。
A reference voltage generating circuit for supplying the reference voltage;
The reference voltage generation circuit includes a third plurality of resistors connected between a second reference voltage and the first power source,
12. The voltage according to claim 11, wherein a potential obtained by dividing an arbitrary voltage between the second reference voltage and the first power source by the third plurality of resistors and outputting the divided voltage is output as the reference voltage. Conversion circuit.
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JP2008175944A JP2010016706A (en) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Voltage controlled oscillation circuit and voltage conversion circuit |
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JPWO2017195614A1 (en) * | 2016-05-11 | 2019-03-14 | ソニー株式会社 | Oscillation circuit, oscillation method, and PLL circuit |
-
2008
- 2008-07-04 JP JP2008175944A patent/JP2010016706A/en not_active Withdrawn
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