JP2014072644A - 発振回路、半導体集積回路装置、振動デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents
発振回路、半導体集積回路装置、振動デバイス、電子機器、および移動体 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】第1の制御電圧と、第1の基準電圧Vr1との電位差に基づいて容量を変更できる第1の可変容量素子を含んでおり、入力側に接続される第1の可変容量部201と、第1の制御電圧と、第2の基準電圧Vr2との電位差に基づいて容量を変更できる第2の可変容量素子を含んでおり、出力側に接続される第2の可変容量部202と、を含み、第1の可変容量素子を除いた第1の可変容量部における合成容量を第1の合成容量、第2の可変容量素子を除いた第2の可変容量部における合成容量を第2の合成容量として、第1の合成容量よりも第2の合成容量が大きい場合、基準電位差に基づく容量で比較して、第1の可変容量素子よりも大きい容量の第2の可変容量素子を使用する。
【選択図】図1
Description
本適用例は、増幅回路、発振素子と接続されて、前記発振素子を発振させて発振信号を出力する発振回路であって、
接続される前記発振素子に対して前記発振信号を出力する側を出力側、反対側を入力側として、
第1の制御電圧と、第1の基準電圧との電位差に基づいて容量を変更できる第1の可変容量素子を含んでおり、前記入力側に接続される第1の可変容量部と、
前記第1の制御電圧と、前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧との電位差に基づいて容量を変更できる第2の可変容量素子を含んでおり、前記出力側に接続される第2の可変容量部と、を含み、
前記第1の可変容量素子を除いた前記第1の可変容量部における合成容量を第1の合成容量、前記第2の可変容量素子を除いた前記第2の可変容量部における合成容量を第2の合成容量として、
前記第1の合成容量よりも前記第2の合成容量が大きい場合、基準電位差に基づく容量で比較して、前記第1の可変容量素子よりも大きい容量の前記第2の可変容量素子が用いられ、
前記第2の合成容量以上に前記第1の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第2の可変容量素子以上に大きい容量の前記第1の可変容量素子が用いられる。
よび消費電力の増加を抑えることができる。
上記適用例に係る発振回路は、前記第1の合成容量よりも前記第2の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第1の可変容量素子の1.5倍以下の容量の前記第2の可変容量素子が用いられ、
前記第2の合成容量以上に前記第1の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第2の可変容量素子の1.5倍以下の容量の前記第1の可変容量素子が用いられてもよい。
上記適用例に係る発振回路において、前記第1の可変容量部および前記第2の可変容量部の少なくとも一方は、
前記第1の制御電圧とは異なる制御電圧によって容量を変更できる可変容量素子を含んでいてもよい。
本適用例に係る半導体集積回路装置は、前記適用例に係る発振回路を含む。
上記適用例に係る半導体集積回路装置において、前記増幅回路を含んでいてもよい。
本適用例に係る振動デバイスは、前記適用例に係る発振回路と、
前記増幅回路と、
前記発振素子を含む。
本適用例に係る電子機器は、前記適用例に係る発振回路を含む。
上記適用例に係る移動体は、前記適用例に係る発振回路を含む。
1.1.全体ブロック図
図1は、本実施形態の発振回路13の構成例を示す図である。発振回路13は、TCXO(Temperature Compensated X'tal Oscillator、温度補償水晶発振器)の一部を構成する。なお、発振回路13は、以下に説明する要素の一部を省略又は変更してもよいし、他の要素を追加した構成であってもよい。
ン半導体材料等を用いることができる。発振素子226の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
図2は、本実施形態の発振回路13を含む振動デバイス200の回路構成例を示す図である。図1のように、発振回路13は発振素子226、増幅回路224と接続されて振動デバイス200を構成するが、この例では発振素子226は水晶振動子26である。また、増幅回路224は帰還抵抗28を備えたインバーター24である。インバーター24は、入力された信号を増幅する性質を有し、図2に示すように、水晶振動子26を含んで、インバーター24の出力から入力に至る発振ループを形成する。
転の場合はゲート)は、固定容量のコンデンサー41Aを介して接地されている。また、バラクター21Bとバラクター22Bのバックゲート(バラクターの極性が反転の場合はゲート)は、固定容量のコンデンサー41Bを介して接地されている。この例では、コンデンサー41A、コンデンサー41Bを第1の可変容量部201、第2の可変容量部202から除外しているが、第1の可変容量部201および第2の可変容量部202に含まれるものと扱ってもよい。
発振回路13では、バラクター21Aとバラクター22A(又は、バラクター21Bとバラクター22B)で共通の制御電圧を用いる一方で、第1の基準電圧Vr1と基準電圧Vr2とをバイアス電圧によって互いに異なる電位に設定する。つまり、バラクター21Aとバラクター22Aに(又は、バラクター21Bとバラクター22Bに)互いに異なる電位差が与えられる。以下に、図3〜図5を参照して、制御電圧と容量の関係、およびバイアス電圧の影響について説明する。
図6は、本実施形態の発振回路13との比較に用いる比較例の発振回路113を示す図である。比較例の発振回路113は、合成容量特性Cm(図5参照)について直線性の良い電圧範囲を広げるために、特許文献1が開示する制御電圧VC側にレベルシフト回路58を設ける手法を用いる。なお、図1〜図2と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
ターの極性が反転の場合はゲート)端子に異なる制御電圧を印加することで、合成容量特性Cm(図5参照)の制御電圧範囲を広げることができる。
以上のように、例えば図2に示したような回路構成をとることで、発振回路13は回路規模および消費電力の増加を抑えつつ可変容量素子の可変幅を広げることが可能である。しかし、入力側と出力側のバラクターのサイズの比が、制御電圧の可変範囲全体としての直線性、制御電圧と感度の関係(以下、感度特性)に大きく関わるとの結論がシミュレーション結果よりを得られた。以下に、これを説明する。
図7(A)、図7(B)は、制御電圧と周波数偏差、感度との関係を説明するための図である。これらの関係をわかりやすく説明するため、図7(A)、図7(B)の横軸では、制御電圧の中心電圧(図5を参照した例では、Vdd=1.8Vの場合に0.9Vとした)が0Vであるとしている。後述する図9(A)、図9(B)、図11、図13(A)〜図15(B)においても同じである。以後の説明において、例えば「制御電圧が+Va[V]である」とは、「制御電圧が中心電圧+Va[V]である」ことを意味する。
圧と周波数偏差の関係(以下、周波数偏差特性)である。このとき、周波数偏差特性はほぼ直線状であって、制御電圧の中心電圧である0Vの左右で傾きも同じである。
変更すること、又は可変容量部の値を変えることで、図9(B)の点線で示された曲線FC0は、実線の曲線FC1、FC2のように変化し得る。なお、図9(B)の点線の曲線FC0は、図9(A)の曲線FC0に対応する。
図11は、発振回路13のバラクター21A、22Aのサイズを選択するのに用いる、基本サイズ(1倍)のバラクターの特性を示す図である。バラクター21A、22Aは、この基本サイズのバラクターの整数倍のサイズとなるように構成される。そのため、図11の基本サイズのバラクターは十分に小さいもの(例えば図11のCminが0.1pF以下)であるとする。この例では、図11の縦軸の容量について、Cmax/Cminが5〜6の
容量比であるとする。なお、横軸の制御電圧について+2V、−2Vを越えるところで容量が飽和しているが、1つの例であって固定的なものではない。
図13(A)〜図15(B)は発振回路13のバラクター21A、22Aのサイズを選択するためのシミュレーション結果を示す。なお、図13(A)〜図15(B)において、図7(A)〜図7(B)と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
ラクター21Aが基本サイズの14倍、バラクター22Aが12倍のバラクターである場合の周波数偏差特性を示す。
図13(A)〜図15(B)のシミュレーション結果から考察すると、発振回路13のバラクター21A、22Aのサイズを以下のように選択するとよい。もし、第1の合成容量(その他の容量211の合成容量)よりも第2の合成容量(その他の容量213の合成容量)が大きい場合、バラクター21Aのサイズよりもバラクター22Aのサイズを大きくする。逆に、第2の合成容量以上に第1の合成容量が大きい場合、バラクター22Aのサイズ以上にバラクター21Aのサイズを大きくする。
範囲を次のように狭めてもよい。第1の合成容量(その他の容量211の合成容量)よりも第2の合成容量(その他の容量213の合成容量)が大きい場合、バラクター22Aのサイズをバラクター21Aのサイズの1.5倍以下とする。逆に、第2の合成容量以上に第1の合成容量が大きい場合、バラクター21Aのサイズをバラクター22Aのサイズの1.5倍以下とする。
本実施形態の振動デバイスは、電圧制御型の発振回路と、当該発振回路により発振する発振素子(振動体)とを含むものである。本実施形態の振動デバイスの説明において、電圧制御型の発振回路は、増幅回路224を含む発振回路13(図1の発振回路12)が対応する。振動デバイスとしては、例えば、発振素子として振動子を備えた発振器や発振素子として振動型のセンシング素子を備えた物理量センサー等が挙げられる。
3.電子機器
本実施形態の電子機器300について、図17〜図18を用いて説明する。なお、図1〜図16と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。
り、CPU320から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
本実施形態の移動体400について、図19を用いて説明する。
ルスを発振回路410から得ることができる。このため、信頼性を確保でき、しかも大型化することや消費電力が増加することも回避できる。
本発明は、前記の実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
DCカット容量、50 入力抵抗、51 入力抵抗、52 入力抵抗、52A 入力抵抗、52B 入力抵抗、58 レベルシフト回路、110 ノード、111 ノード、113 発振回路、124 発振信号、200 振動デバイス、201 可変容量部、202 可変容量部、210 発振回路、211 その他の容量、213 その他の容量、220 温度センサー、224 増幅回路、226 発振素子、230 発振素子、240
センサー素子、250 検出回路、300 電子機器、330 操作部、360 通信部、370 表示部、380 音出力部、400 移動体、410 発振回路、420 コントローラー、450 バッテリー、460 バックアップ用バッテリー
Claims (8)
- 増幅回路、発振素子と接続されて、前記発振素子を発振させて発振信号を出力する発振回路であって、
接続される前記増幅回路に対して前記発振信号を出力する側を出力側、反対側を入力側として、
第1の制御電圧と、第1の基準電圧との電位差に基づいて容量を変更できる第1の可変容量素子を含んでおり、前記入力側に接続される第1の可変容量部と、
前記第1の制御電圧と、前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧との電位差に基づいて容量を変更できる第2の可変容量素子を含んでおり、前記出力側に接続される第2の可変容量部と、を含み、
前記第1の可変容量素子を除いた前記第1の可変容量部における合成容量を第1の合成容量、前記第2の可変容量素子を除いた前記第2の可変容量部における合成容量を第2の合成容量として、
前記第1の合成容量よりも前記第2の合成容量が大きい場合、基準電位差に基づく容量で比較して、前記第1の可変容量素子よりも大きい容量の前記第2の可変容量素子が用いられ、
前記第2の合成容量以上に前記第1の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第2の可変容量素子以上に大きい容量の前記第1の可変容量素子が用いられる、発振回路。 - 請求項1に記載の発振回路において、
前記第1の合成容量よりも前記第2の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第1の可変容量素子の1.5倍以下の容量の前記第2の可変容量素子が用いられ、
前記第2の合成容量以上に前記第1の合成容量が大きい場合、前記基準電位差に基づく容量で比較して、前記第2の可変容量素子の1.5倍以下の容量の前記第1の可変容量素子が用いられる、発振回路。 - 請求項1乃至2のいずれか1項に記載の発振回路において、
前記第1の可変容量部および前記第2の可変容量部の少なくとも一方は、
前記第1の制御電圧とは異なる制御電圧によって容量を変更できる可変容量素子を含む、発振回路。 - 請求項1乃至2のいずれか1項に記載の発振回路を含む、半導体集積回路装置。
- 請求項4に記載の半導体集積回路装置において、
前記増幅回路を含む、半導体集積回路装置。 - 請求項1乃至2のいずれか1項に記載の発振回路と、
前記増幅回路と、
前記発振素子を含む、振動デバイス。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振回路を含む、電子機器。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振回路を含む、移動体。
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