JP2014112885A - Oscillator circuit and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillator circuit having a wide frequency variable range and a semiconductor device including the oscillation circuit.SOLUTION: A resonant oscillator circuit includes: an inductance element connected between a first terminal and a second terminal; an amplifier circuit connected between the first terminal and the second terminal in parallel with the inductance element; and a first capacitive element connected to the first terminal and the second terminal. Two or more lead-out portions are provided in the middle of wiring of the inductance element, and a switch element short-circuiting between the lead-out portions when turning on and a second capacitive element are connected in parallel to each other.

Description

本発明は、発振回路及び半導体装置に関する。特に、発振周波数を可変にした共振型発振回路及びその発振回路を半導体基板上に形成した半導体装置に関する。   The present invention relates to an oscillation circuit and a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a resonant oscillation circuit having a variable oscillation frequency and a semiconductor device in which the oscillation circuit is formed on a semiconductor substrate.

近年、携帯電話、無線LAN、Bluetooth、地上波デジタルTVなど種々の高速なデジタル無線方式が実用化されている。また、デジタル信号処理を行う半導体集積回路においても、特にGHz以上の高速な動作をするものでは無線回路と同様のアナログ技術が使用される。このような回路では受動素子として半導体基板上に形成されたオンチップインダクタを使用する。このインダクタは半導体上のメタル配線を渦巻き状に巻いた形状をしている。   In recent years, various high-speed digital wireless systems such as mobile phones, wireless LANs, Bluetooth, and terrestrial digital TV have been put into practical use. Also in a semiconductor integrated circuit that performs digital signal processing, an analog technique similar to that of a radio circuit is used particularly for a circuit that operates at a high speed of GHz or higher. In such a circuit, an on-chip inductor formed on a semiconductor substrate is used as a passive element. This inductor has a shape in which metal wiring on a semiconductor is spirally wound.

このようなオンチップインダクタはアナログ回路において共振回路の一部として多用される。共振回路はインダクタとキャパシタを直列もしくは並列に接続して共振させる。その共振周波数f0は、(1)式に示すようにインダクタのインダクタンス値Lとキャパシタのキャパシタンス値Cで決まる。   Such an on-chip inductor is often used as a part of a resonance circuit in an analog circuit. The resonance circuit resonates by connecting an inductor and a capacitor in series or in parallel. The resonance frequency f0 is determined by the inductance value L of the inductor and the capacitance value C of the capacitor as shown in equation (1).

Figure 2014112885
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共振回路はこの共振周波数f0において高いゲイン、インピーダンスマッチング、発振等の効果を発揮する。しかし、このような共振は共振周波数近傍の狭帯域の周波数でのみ起こるので、種々の周波数で動作できる回路を作成するためには共振周波数を変化させる必要がある。このためにはLもしくはCを変化させなければならない。図9はこの共振回路を使用したアンプの例で、図のようにMISFET M31にインダクタL31とキャパシタC31で構成された負荷を接続する。このときのゲインはM31のトランスコンダクタンスをGm、インダクタの直列抵抗をR31とし、キャパシタの直列抵抗とキャパシタ以外の寄生容量を無視すると(2)式となる。   The resonance circuit exhibits effects such as high gain, impedance matching, and oscillation at the resonance frequency f0. However, since such resonance occurs only at a narrow band frequency near the resonance frequency, it is necessary to change the resonance frequency in order to create a circuit that can operate at various frequencies. For this purpose, L or C must be changed. FIG. 9 shows an example of an amplifier using this resonance circuit. As shown in the figure, a load composed of an inductor L31 and a capacitor C31 is connected to the MISFET M31. The gain at this time is expressed by equation (2) when the transconductance of M31 is Gm, the series resistance of the inductor is R31, and the series resistance of the capacitor and the parasitic capacitance other than the capacitor are ignored.

Figure 2014112885
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(2)式より、アンプのゲインはキャパシタンスを増加させると低下し、インダクタンスを増加させると向上する。一般に共振周波数を変化させるにはキャパシタンスを変化させる方式が用いられている。これは、キャパシタンスはオンチップではp−n接合を用いたバラクタなどの素子により容易に可変キャパシタが実現できるためである。しかし、(1)式よりインダクタンス固定でキャパシタンスの変化によって共振周波数を変化させた場合Cが増加する低周波側ではゲインが下がる。つまり、キャパシタンスの変化のみでは共振周波数を大幅に変えることは難しい。   From the equation (2), the gain of the amplifier decreases as the capacitance increases, and increases as the inductance increases. In general, a method of changing the capacitance is used to change the resonance frequency. This is because the capacitance can be easily realized on the chip by an element such as a varactor using a pn junction. However, the gain decreases on the low frequency side where C increases when the resonance frequency is changed by changing the capacitance while the inductance is fixed from the equation (1). That is, it is difficult to change the resonance frequency significantly only by changing the capacitance.

特許文献1には、オンチップの発振器で、インダクタとキャパシタを一体化させた構造も提案されている。この断面の構造を図10(a)に、平面の構造を図10(b)に示す。図10(a)は、図10(b)のAA断面での構造を示す。図10に示すようにインダクタ配線L8直下のp型シリコンとnウェルで形成されるp−n接合部分をインダクタ配線に接続する。これによってインダクタ配線とn型基板につながるグラウンド配線G8の間にp−n接合分の容量が発生する。この容量はインダクタ配線全体に存在するので、この回路は図11のような伝送線路的な回路を持つ発振器となる。しかし、この回路では発振周波数は伝送線路の遅延時間に依存するので、集中定数的なLC共振器の動作をしない。このために、不要な高調波が多く発生するという問題があった。   Patent Document 1 also proposes a structure in which an inductor and a capacitor are integrated with an on-chip oscillator. The cross-sectional structure is shown in FIG. 10A, and the planar structure is shown in FIG. FIG. 10A shows the structure of the AA cross section of FIG. As shown in FIG. 10, a pn junction formed by p-type silicon and an n well immediately below the inductor wiring L8 is connected to the inductor wiring. As a result, a capacitance corresponding to a pn junction is generated between the inductor wiring and the ground wiring G8 connected to the n-type substrate. Since this capacity exists in the entire inductor wiring, this circuit becomes an oscillator having a transmission line-like circuit as shown in FIG. However, in this circuit, since the oscillation frequency depends on the delay time of the transmission line, the lumped constant LC resonator is not operated. For this reason, there is a problem that many unnecessary harmonics are generated.

また、特許文献2の図3には、LC共振型発振回路において、LC発振回路を構成するインダクタンス素子(L1)と対向するように配置され相互誘導結合される二次側インダクタンス素子(L2)を設け、さらに二次側インダクタンス素子の両端子間に容量素子(C2)とスイッチ素子(SW1)とを並列に接続する。上記スイッチ素子がオフされた状態では二次側インダクタンス素子の両端子間に容量素子が接続された状態となって等価インダクタンスが増加し、上記スイッチ素子がオンされた状態では二次側インダクタンス素子の両端子間が短絡された状態となって等価インダクタンスが減少できるようにして、周波数可変範囲を広くしてQの変化を少なくしようとする発振回路が記載されている。   FIG. 3 of Patent Document 2 shows a secondary-side inductance element (L2) which is arranged so as to face the inductance element (L1) constituting the LC oscillation circuit and is mutually inductively coupled in the LC resonance type oscillation circuit. Further, the capacitive element (C2) and the switch element (SW1) are connected in parallel between both terminals of the secondary inductance element. When the switch element is turned off, a capacitive element is connected between both terminals of the secondary inductance element, and the equivalent inductance increases. When the switch element is turned on, the secondary inductance element An oscillation circuit is described that attempts to reduce the change in Q by widening the frequency variable range so that the equivalent inductance can be reduced in a state where both terminals are short-circuited.

特開2002−319624号公報JP 2002-319624 A 特開2007−174552号公報JP 2007-174552 A

以下の分析は本発明により与えられる。特許文献2のように相互インダクタンスを利用してトランスの二次側インダクタンス変化を一次側に反映させる方式では、トランスの結合係数の分しか一次側に変化を起こすことはできない。特に、共振回路を半導体基板の上に形成しようとすると基板による損失のため一次側と二次側の結合係数を大きくすることは困難であり、インダクタンス値の変化は限定されたものになる。   The following analysis is given by the present invention. In the method of reflecting the secondary side inductance change of the transformer on the primary side using the mutual inductance as in Patent Document 2, the change can be caused on the primary side only by the coupling coefficient of the transformer. In particular, when a resonance circuit is formed on a semiconductor substrate, it is difficult to increase the coupling coefficient between the primary side and the secondary side due to loss due to the substrate, and the change in inductance value is limited.

従来のインダクタとキャパシタを用いた発振回路では発振周波数を大幅に変化させることは難しかった。   In the conventional oscillation circuit using an inductor and a capacitor, it is difficult to change the oscillation frequency significantly.

本発明の1つの側面による発振回路は、第1の端子と第2の端子との間に接続されたインダクタンス素子と、前記インダクタンス素子と並列に前記第1の端子と第2の端子との間に接続された増幅回路と、前記第1の端子及び第2の端子に接続された第1の容量素子と、を備えた共振型発振回路であって、前記インダクタンス素子は、第1の引き出し部が設けられた第1のインダクタンス素子と第2の引き出し部が設けられた第2のインダクタンス素子とを含み、前記第1の引き出し部と前記第2の引き出し部との間に第1のスイッチ素子と第2の容量素子が並列に接続されている。   An oscillation circuit according to one aspect of the present invention includes an inductance element connected between a first terminal and a second terminal, and between the first terminal and the second terminal in parallel with the inductance element. And a first capacitive element connected to the first terminal and the second terminal, wherein the inductance element is a first lead portion. A first inductance element provided with a second inductance element provided with a second lead portion, and a first switch element between the first lead portion and the second lead portion And the second capacitor element are connected in parallel.

また、本発明の他の側面による半導体装置は、上記発振回路が半導体基板の上に形成されている。   In the semiconductor device according to another aspect of the present invention, the oscillation circuit is formed on a semiconductor substrate.

本発明によれば、一つのスイッチでインダクタとキャパシタを同時に切り替えることができるので、発振周波数を広い範囲で変えることができる。また、発振周波数範囲の広い共振型発振回路を内蔵する半導体装置が得られる。   According to the present invention, since the inductor and the capacitor can be switched simultaneously with one switch, the oscillation frequency can be changed in a wide range. Further, a semiconductor device incorporating a resonance type oscillation circuit having a wide oscillation frequency range can be obtained.

本発明の実施例1による発振回路のブロック図である。It is a block diagram of the oscillation circuit by Example 1 of this invention. 実施例1による発振回路の詳細な構成を示す回路図の一例である。1 is an example of a circuit diagram illustrating a detailed configuration of an oscillation circuit according to Embodiment 1. FIG. 比較例の発振回路の回路図である。It is a circuit diagram of the oscillation circuit of a comparative example. 実施例2による発振回路のブロック図である。6 is a block diagram of an oscillation circuit according to Embodiment 2. FIG. 実施例3による発振回路のブロック図である。6 is a block diagram of an oscillation circuit according to Embodiment 3. FIG. 実施例4においてスイッチ素子と第2の容量素子の断面構造を示す模式図である。In Example 4, it is a schematic diagram which shows the cross-section of a switch element and a 2nd capacitive element. 実施例5による発振回路のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of an oscillation circuit according to a fifth embodiment. 実施例6による発振回路のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of an oscillation circuit according to a sixth embodiment. 共振回路を使用したアンプを説明する等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram explaining an amplifier using a resonance circuit. 従来の分布定数型共振回路の構造を示す(a)AA断面における構造を示す図と、(b)平面的な構造を示す図である。(A) The figure which shows the structure in the AA cross section which shows the structure of the conventional distributed constant type | mold resonant circuit, (b) The figure which shows a planar structure. 従来の分布定数型共振回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a conventional distributed constant type resonance circuit.

最初に本発明の実施形態の概要について説明し、その後で、各実施例に基づいて、詳細に説明する。なお、概要の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。   First, an outline of an embodiment of the present invention will be described, and thereafter, a detailed description will be given based on each example. In the description of the outline, the drawings and the reference numerals of the drawings are shown as examples of the embodiments, and the variations of the embodiments according to the present invention are not limited thereby.

一例を図1、図2、図4〜図8に示すように、本発明の一実施形態の発振回路は、第1の端子と第2の端子(OUTTとOUTB)との間に接続されたインダクタンス素子(1、1A、1B)と、インダクタンス素子(1、1A、1B)と並列に第1の端子と第2の端子(OUTTとOUTB)との間に接続された増幅回路2と、第1の端子及び第2の端子に接続された第1の容量素子(V1、C1)と、を備えた共振型発振回路であって、インダクタンス素子(1、1A、1B)の配線の途中に2箇所以上の引き出し部(A、B、C、E、F、H、I、J、K、T)を設け、2箇所以上設けた引き出し部(A、B、C、E、F、H、I、J、K、T)の間に、オンしたときに当該引き出し部間を短絡するスイッチ素子(M1、M2、M21)と、第2の容量素子(V2、C2、V21、V22)と、が並列に接続されている。   As shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 4 to FIG. 8, an oscillation circuit according to an embodiment of the present invention is connected between a first terminal and a second terminal (OUTT and OUTB). An inductance element (1, 1A, 1B), an amplifier circuit 2 connected in parallel with the inductance element (1, 1A, 1B) between a first terminal and a second terminal (OUTT and OUTB); 1 is a resonance type oscillation circuit including a first capacitor element (V1, C1) connected to a first terminal and a second terminal, and 2 in the middle of the wiring of the inductance element (1, 1A, 1B). More than two drawers (A, B, C, E, F, H, I, J, K, T) are provided, and two or more drawers (A, B, C, E, F, H, I , J, K, T), switch elements (M1, M2, M21) that short-circuit between the lead portions when turned on When, a second capacitive element (V2, C2, V21, V22), are connected in parallel.

また、一例を図7、図8に示すように、本発明の一実施形態の発振回路は、インダクタンス素子が第1の端子と第2の端子(OUTTとOUTB)との間に並列に接続された複数のインダクタンス素子(1A、1B)を含むものであってもよい。   As shown in FIG. 7 and FIG. 8 as an example, in the oscillation circuit of one embodiment of the present invention, the inductance element is connected in parallel between the first terminal and the second terminal (OUTT and OUTB). A plurality of inductance elements (1A, 1B) may be included.

また、一例を図1、図2、図5〜図8に示すように、インダクタンス素子(1、1A、1B)が第1及び第2の端子(OUTTとOUTB)からみた特性が等しくなるように対称に配置されるとともに、引き出し部がn組(nは自然数)設けられ、n組の引き出し部にそれぞれn個のスイッチ素子とn個の前記第2の容量素子とが並列に接続され、各組の引き出し部(図1、図2、図6のBとC、図5のHとK、IとJ、図7のEとF)は、各スイッチ素子をオンしたときとオフしたときの第1及び第2の端子(OUTTとOUTB)からみた特性が等しくなるように対称に配置されている。このようにインダクタンス素子と引き出し部を対称に配置することにより、スイッチ素子をオンしたときに各スイッチ素子は、インダクタの中点で接続されることになる。発振中にこの点の電位は変動しないので、スイッチ素子の寄生容量による発振周波数への影響を除去することができる。   In addition, as shown in FIGS. 1, 2, and 5 to 8, the inductance elements (1, 1A, 1B) have the same characteristics when viewed from the first and second terminals (OUTT and OUTB). In addition to being arranged symmetrically, n sets of lead portions (n is a natural number) are provided, and n switch elements and n number of second capacitor elements are connected in parallel to the n sets of lead portions, The drawers (B and C in FIGS. 1, 2 and 6; H and K in FIG. 5, I and J; E and F in FIG. 7) are turned on when each switch element is turned on and off. The first and second terminals (OUTT and OUTB) are arranged symmetrically so that the characteristics are the same. By arranging the inductance element and the lead portion symmetrically in this way, each switch element is connected at the midpoint of the inductor when the switch element is turned on. Since the potential at this point does not fluctuate during oscillation, the influence on the oscillation frequency due to the parasitic capacitance of the switch element can be eliminated.

また、一例を図4に示すように、引き出し部の一部Tがインダクタンス素子1の末端に設けられているものであってもよい。ただし、インダクタンスの両端にスイッチ素子を接続するとスイッチ素子がオンすると発振を維持できなくなるので好ましくない。したがって、この場合は、引き出し部を対称に配置することはできない。   Further, as shown in FIG. 4, a part T of the lead portion may be provided at the end of the inductance element 1. However, it is not preferable to connect a switch element to both ends of the inductance because oscillation cannot be maintained when the switch element is turned on. Therefore, in this case, the drawer portions cannot be arranged symmetrically.

また、一例を図7に示すように、インダクタンス素子(1A、1B)は、第1の引き出し部Eが設けられた第1のインダクタンス素子1Aと第2の引き出し部Fが設けられた第2のインダクタンス素子1Bとを含み、第1の引き出し部Eと第2の引き出し部Fとの間にスイッチ素子M1と第2の容量素子V2が並列に接続されているものであってもよい。   In addition, as shown in FIG. 7, the inductance elements (1 </ b> A, 1 </ b> B) include a first inductance element 1 </ b> A provided with the first lead portion E and a second lead portion F provided with the second lead portion F. The switch element M1 and the second capacitor element V2 may be connected in parallel between the first lead part E and the second lead part F, including the inductance element 1B.

さらに、一例を図8に示すように、インダクタンス素子(1A、1B)は、それぞれ複数の引き出し部(H、IとJ、K)を設けた第1のインダクタンス素子1Aと第2のインダクタンス素子1Bと、を含み、第1のインダンス素子に設けた複数の引き出し部(H、I)と前記第2のインダクタンス素子1Bに設けた複数の引き出し部(J、K)との間にそれぞれ、複数のスイッチ素子(M1とM2)と複数の第2の容量素子(V21とV22)とが並列に接続されているものであってもよい。   Further, as shown in FIG. 8 as an example, the inductance elements (1A, 1B) include a first inductance element 1A and a second inductance element 1B provided with a plurality of lead portions (H, I, J, K), respectively. A plurality of lead portions (H, I) provided in the first inductance element and a plurality of lead portions (J, K) provided in the second inductance element 1B, respectively. The switching elements (M1 and M2) and a plurality of second capacitive elements (V21 and V22) may be connected in parallel.

また、一例を図1、図4〜図8に示すように、第1及び第2の容量素子の内、少なくとも一方の容量値を可変にするものであってもよい。スイッチ素子のオンオフによりインダクタンス及び容量値を変えることに加えて、容量値を可変にすることにより、周波数の可変範囲を広げたり、発振周波数の微調整を行うことができる。第1及び第2の容量素子をいずれも可変にすることがより好ましいが、少なくともどちらかを可変にすることによりその効果が得られる。ただし、第2の容量素子はその容量素子を並列に接続されたスイッチ素子がオフしている場合にのみ容量値を可変にする効果が得られる。   Further, as shown in FIGS. 1 and 4 to 8 as an example, at least one capacitance value of the first and second capacitance elements may be variable. In addition to changing the inductance and the capacitance value by turning on and off the switch element, by changing the capacitance value, the variable range of the frequency can be expanded and the oscillation frequency can be finely adjusted. It is more preferable to make both the first and second capacitive elements variable, but the effect can be obtained by making at least one of them variable. However, the second capacitor element has an effect of making the capacitance value variable only when the switch element connected in parallel with the capacitor element is turned off.

また、一例を図6に示すように、本発明の半導体装置は、上記発振回路を半導体基板PS21の上に形成することができる。すなわち、上記発振回路のインダクタンス素子、増幅回路、容量素子、スイッチ素子はすべて半導体基板の上に形成することができる。従って、他の回路と共に上記発振回路を内蔵する半導体集積回路を実現することもできる。   As shown in FIG. 6 as an example, in the semiconductor device of the present invention, the oscillation circuit can be formed on a semiconductor substrate PS21. That is, the inductance element, the amplifier circuit, the capacitor element, and the switch element of the oscillation circuit can all be formed on the semiconductor substrate. Therefore, it is possible to realize a semiconductor integrated circuit that incorporates the oscillation circuit together with other circuits.

また、一例を図6に示すように容量素子が半導体基板PS21に形成されたpn接合容量であってもよい。図6では、ソースドレイン部D21とpウェルPW21とのpn接合容量、pウェルPW21とソースドレイン部S21とのpn接合容量が直列に接続された容量素子を引き出し部Bと引き出し部Cとの間に設けている。   Further, as an example, a pn junction capacitor in which the capacitor element is formed on the semiconductor substrate PS21 as shown in FIG. 6 may be used. In FIG. 6, a capacitance element in which a pn junction capacitance between the source / drain portion D21 and the p well PW21 and a pn junction capacitance between the p well PW21 and the source / drain portion S21 are connected in series is connected between the extraction portion B and the extraction portion C. Provided.

また、一例を図6に示すようにスイッチ素子がMISFETであってもよい。図6では、MISFET(M21)をスイッチ素子として用いている。   Further, as shown in FIG. 6 as an example, the switch element may be a MISFET. In FIG. 6, MISFET (M21) is used as a switching element.

また、一例を図6に示すように容量素子がMISFETのソースドレイン部(D21、S21)に形成されたpn接合容量であってもよい。図6では、ソースドレイン部(D21、S21)とpウェルPW21とのpn接合容量を容量素子として用いている。   Further, as shown in FIG. 6 as an example, the capacitor element may be a pn junction capacitor formed in the source / drain portion (D21, S21) of the MISFET. In FIG. 6, the pn junction capacitance between the source / drain portion (D21, S21) and the p well PW21 is used as a capacitive element.

また、一例を図6に示すようにMISFET(M21)を半導体基板PS21の表面に設けられたウェルPW21の表面に形成し、ウェルPW21の電位を制御することにより前記容量素子の容量値を可変にすることができる。図6では、ウェルPW21の電位はDC的には、端子WCONTから与えられる電位により固定されるが、AC的には、固定されていないと考えられるので、ソースドレイン部D21とPウェルPW21のpn接合容量、pウェルPW21とソースドレイン部S21のpn接合容量からなる直列接続された容量である第2の容量素子の容量値を可変にすることができる。   As an example, as shown in FIG. 6, a MISFET (M21) is formed on the surface of the well PW21 provided on the surface of the semiconductor substrate PS21, and the capacitance value of the capacitive element is made variable by controlling the potential of the well PW21. can do. In FIG. 6, although the potential of the well PW21 is fixed by the potential supplied from the terminal WCONT in terms of DC, it is considered that the potential is not fixed in terms of AC. Therefore, the pn of the source / drain portion D21 and the P well PW21 The capacitance value of the second capacitance element, which is a junction capacitance and a series-connected capacitance composed of the pn junction capacitance of the p well PW21 and the source / drain portion S21, can be made variable.

以上で概要の説明を終え、以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳しく説明する。   The description of the outline has been completed, and the embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1は、実施例1による発振回路のブロック図である。図1において、OUTT端子とOUTB端子は、発振回路の入出力端子である。OUTT端子とOUTB端子との間に発振波形が出力される。OUTT端子とOUTB端子との間には、インダクタンス素子1と増幅回路2が並列に接続されている。図1の増幅回路2は、入力がOUTB端子に出力がOUTT端子に接続されたインバータ回路INV1と、入力がOUTT端子に出力がOUTB端子に接続されたインバータ回路INV2とより構成される。なお、増幅回路2は、図1の構成に限定されず、インダクタと容量によるOUTB端子とOUTT端子間における共振を増幅し維持する増幅回路であれば、どのような構成の増幅回路であってもよい。ただし、OUTB端子とOUTT端子からみて対称な構成であることが望ましい。さらに、OUTT端子とOUTB端子には、容量素子V1が接続されている。この容量素子V1はバラクタであり、容量値を可変にすることができる。   FIG. 1 is a block diagram of an oscillation circuit according to the first embodiment. In FIG. 1, an OUTT terminal and an OUTB terminal are input / output terminals of the oscillation circuit. An oscillation waveform is output between the OUTT terminal and the OUTB terminal. An inductance element 1 and an amplifier circuit 2 are connected in parallel between the OUTT terminal and the OUTB terminal. The amplifier circuit 2 in FIG. 1 includes an inverter circuit INV1 having an input connected to the OUTB terminal and an output connected to the OUTT terminal, and an inverter circuit INV2 having an input connected to the OUTT terminal and an output connected to the OUTB terminal. The amplifier circuit 2 is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and may be any amplifier circuit as long as the amplifier circuit amplifies and maintains resonance between the OUTB terminal and the OUTT terminal due to the inductor and the capacitor. Good. However, it is desirable that the configuration be symmetric when viewed from the OUTB terminal and the OUTT terminal. Further, the capacitive element V1 is connected to the OUTT terminal and the OUTB terminal. The capacitive element V1 is a varactor, and the capacitance value can be made variable.

インダクタンス素子1の配線の途中には、引き出し部BとCが設けられ、引き出し部BとCとの間には、容量素子V2とスイッチ素子M1が並列に接続されている。容量素子V2も容量素子V1と同様にバラクタであり、容量値を可変にすることができる。なお、図1では、容量素子V1とV2は、共にバラクタによる可変容量としているが、固定容量であってもよい。ただし、発振回路の発振周波数を自由に変えられるようにするためには、少なくともどちらか、発振周波数の範囲をより広く自由に変えられるようにするためには、両方を可変容量とすることが望ましい。また、バラクタは可変容量の一例であり、図示しない外部の回路から容量値を制御可能な可変容量であればバラクタ以外の可変容量であってもよい。また、スイッチM1はMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)金属絶縁半導体型電界効果トランジスタであり、図1の外部から与えられる制御信号LCNTによりオンオフが制御される。   In the middle of the wiring of the inductance element 1, lead portions B and C are provided, and between the lead portions B and C, a capacitive element V2 and a switch element M1 are connected in parallel. The capacitive element V2 is also a varactor like the capacitive element V1, and the capacitance value can be made variable. In FIG. 1, the capacitive elements V1 and V2 are both variable capacitors using varactors, but may be fixed capacitors. However, in order to be able to freely change the oscillation frequency of the oscillation circuit, at least one of them is preferably a variable capacitor in order to be able to change the oscillation frequency range more widely and freely. . The varactor is an example of a variable capacitor, and may be a variable capacitor other than the varactor as long as the variable value can control the capacitance value from an external circuit (not shown). The switch M1 is a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) metal-insulated semiconductor field effect transistor, and is controlled to be turned on and off by a control signal LCNT supplied from the outside of FIG.

インダクタンス素子1は、間に引き出し部BとCとをはさんだインダクタL1、インダクタL2、インダクタL3の直列接続により構成される。ここで、インダクタンス素子1の両端に接続されたOUTT端子、OUTB端子からみたインダクタンス素子1の特性が等しくなるようにインダクタL1とインダクタL3は対称に設けることが望ましい。言い換えるならば、引き出し部Bと引き出し部Cは、OUTT端子とOUTB端子からみたインダクタンス素子の特性が等しくなるように対称となる位置に設けることが望ましい。   The inductance element 1 is constituted by a series connection of an inductor L1, an inductor L2, and an inductor L3 with the lead portions B and C interposed therebetween. Here, it is desirable to provide the inductor L1 and the inductor L3 symmetrically so that the characteristics of the inductance element 1 viewed from the OUTT terminal and the OUTB terminal connected to both ends of the inductance element 1 are equal. In other words, it is desirable that the lead portion B and the lead portion C are provided at symmetrical positions so that the characteristics of the inductance elements viewed from the OUTT terminal and the OUTB terminal are equal.

インダクタL1〜L3とバラクタV1とV2はLC共振回路を構成している。スイッチ素子M1がオフのときはOUTT端子とOUTB端子の端子間のLC共振器のインダクタンスはL1、L2、L3の和となり、キャパシタンスはV1とV2を並列接続したものとみなすことができる。また、スイッチ素子M1がオンのときはLC共振器のインダクタンスはL1、L3の和となり、キャパシタンスはV1のみとみなすことができる。また、インダクタL1とインダクタL3を対称に設け、LC共振器を対称に構成すると、スイッチ素子がオンのときにMISFET M1に接続される引き出し部BとCはインダクタの中点となる。このために、発振中にこの点の電位は変動せず、この点につながるMISFETのもつ寄生容量(図示省略)は発振周波数に影響しない。   Inductors L1 to L3 and varactors V1 and V2 constitute an LC resonance circuit. When the switch element M1 is OFF, the inductance of the LC resonator between the OUTT terminal and the OUTB terminal is the sum of L1, L2, and L3, and the capacitance can be considered as V1 and V2 connected in parallel. When the switch element M1 is on, the inductance of the LC resonator is the sum of L1 and L3, and the capacitance can be regarded as only V1. Further, when the inductor L1 and the inductor L3 are provided symmetrically and the LC resonator is configured symmetrically, the lead portions B and C connected to the MISFET M1 when the switch element is turned on are the midpoints of the inductor. For this reason, the potential at this point does not change during oscillation, and the parasitic capacitance (not shown) of the MISFET connected to this point does not affect the oscillation frequency.

次に、この発振回路の特性について詳しく解析する。図1において、インダクタンスとキャパシタンスの直列抵抗を無視して、スイッチがオフの時、OUTT−OUTB端子からみたインダクタとキャパシタで構成される発振器のアドミタンスYを求める。ここで、V1とV2のキャパシタンス値がそれぞれ一定値C1、C2であると仮定して計算する。図1よりアドミタンスYは(3)式で与えられる。   Next, the characteristics of this oscillation circuit will be analyzed in detail. In FIG. 1, the admittance Y of an oscillator composed of an inductor and a capacitor as seen from the OUTT-OUTB terminal is determined when the switch is off, ignoring the series resistance of inductance and capacitance. Here, the calculation is performed assuming that the capacitance values of V1 and V2 are constant values C1 and C2, respectively. From FIG. 1, the admittance Y is given by equation (3).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

(3)式においてアドミタンスYの分子が0となる周波数がこの発振器の発振周波数である。(3)式は2つの共振周波数を持つ。ここで、C2×L2が十分小さければωの項は無視できるので高い方の発振周波数は無視でき、スイッチオフ時の発振周波数は(4)式で表される。 In the equation (3), the frequency at which the numerator of admittance Y is 0 is the oscillation frequency of this oscillator. Equation (3) has two resonant frequencies. Since C2 × L2 is sufficiently small if omega 4 term is negligible oscillation frequency of the higher it is negligible and the oscillation frequency when the switch is off is expressed by equation (4).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

つまり、C2×L2分だけC2が無いときより発振器の発振周波数を下げられる。つまり、C2は実質的には(5)式の容量として振舞う。 That is, the oscillation frequency of the oscillator can be lowered than when there is no C2 by C2 × L2. That is, C2 substantially behaves as a capacity of equation (5).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

また、C1とC2は共に可変容量であるから、C2の変化も発振周波数変化に寄与できる。スイッチがオンの時はL2とC2は両端が短絡されているので、全体共振器全体での容量はC1、インダクタンスはL1+L3となり、発振周波数は(6)式で表される。   Since both C1 and C2 are variable capacitors, the change in C2 can also contribute to the change in oscillation frequency. Since both ends of L2 and C2 are short-circuited when the switch is on, the capacitance of the entire resonator is C1, the inductance is L1 + L3, and the oscillation frequency is expressed by equation (6).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

つまりインダクタンス値と容量を1つのスイッチ素子で同時に増減させることが出来る。また、インダクタンス値が小さい時に容量も小さくできるので、インダクタンス減少時のゲイン低下を抑制できる。以上は固定容量で計算したが、V1、V2は可変容量であるから、fOFFとfONはそれぞれC1とC2の値の変化によっても増減させることが出来る。インダクタが対称ならば、スイッチ素子がオンの時にスイッチ素子の引き出し部B、Cはインダクタの中点となる。よって図1でINV1とINV2で構成される発振回路が対称な場合、インダクタの中点の電圧は発振中に変動しない。このためにスイッチ素子であるMISFETが寄生容量を持っていてもこの容量はスイッチ素子がオンの時は発振周波数には影響しない。 That is, the inductance value and the capacitance can be increased / decreased simultaneously with one switch element. Further, since the capacitance can be reduced when the inductance value is small, it is possible to suppress the gain reduction when the inductance is reduced. Although the above is calculated with a fixed capacity, since V1 and V2 are variable capacity, f OFF and f ON can be increased or decreased by changing the values of C1 and C2, respectively. If the inductor is symmetrical, when the switch element is on, the lead-out portions B and C of the switch element become the midpoint of the inductor. Therefore, when the oscillation circuit composed of INV1 and INV2 in FIG. 1 is symmetric, the voltage at the midpoint of the inductor does not fluctuate during oscillation. For this reason, even if the MISFET as a switching element has a parasitic capacitance, this capacitance does not affect the oscillation frequency when the switching element is on.

次に、(3)式でC2×L2が大きいときを考える。この時はωの項は無視できない。(3)式でωC2L2>>1と仮定すると(7)式が成立する。 Next, consider a case where C2 × L2 is large in the equation (3). At this time, the term of ω 4 cannot be ignored. Assuming that ω 2 C2L2 >> 1 in equation (3), equation (7) is established.

Figure 2014112885
Figure 2014112885

(7)式を用いると高いほうの発振周波数は(8)式で求められる。   Using equation (7), the higher oscillation frequency can be obtained from equation (8).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

ここで高いほうの発振周波数fhが低いほうの発振周波数fOFFの2倍であるとfOFFの高調波とfhが強めあうのでfOFFよりもfhの発振が支配的となり、fOFFの発振が得られない。このことが起こる条件は(9)式により求められる。 Here, the higher the oscillation frequency fh is oscillation of fh becomes more dominant than f OFF because the harmonics and fh is constructive of which is the f OFF twice the low more oscillation frequency f OFF of, the oscillation of f OFF I can't get it. The condition under which this occurs is determined by equation (9).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

3倍以上のfの高調波は小さいので、これらの周波数とfhが重なっても支配的な発振とはならない。よって安定な発振を得るためには(10)式のようにC2、L2を選ぶことが望ましい。   Since harmonics of f that are three times or more are small, even if these frequencies overlap with fh, no dominant oscillation occurs. Therefore, in order to obtain stable oscillation, it is desirable to select C2 and L2 as shown in equation (10).

Figure 2014112885
Figure 2014112885

ここで例えばL2<<L1+L3、C2L2<<C1(L1+L3)ならばC1>3C2でこの条件を満たすことが出来る。   For example, if L2 << L1 + L3 and C2L2 << C1 (L1 + L3), this condition can be satisfied by C1 >> 3C2.

図2は、実施例1による発振回路のより詳細な構成を示す回路図の一例である。図2において、図1と構成、機能が同一である素子、回路、端子、信号は、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図2において、MISFET M13とM11、M12とM10はそれぞれインバータ回路となり、インバータ回路の電流源となるMOSFET MC1と共に増幅回路2を構成している。また、図2では、第1の容量素子C1、第2の容量素子C2を共に固定容量を用いている。その他の構成は、図1で説明したとおりである。また、図3は、図2と比較するための回路である。図3の回路は、図2から第2の容量素子C2を取り除き、第1の容量C1をより容量値の大きな固定容量C3に置き換えている。その他の構成は図2と同一である。   FIG. 2 is an example of a circuit diagram illustrating a more detailed configuration of the oscillation circuit according to the first embodiment. 2, elements, circuits, terminals, and signals having the same configuration and function as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 2, MISFETs M13 and M11, and M12 and M10 each serve as an inverter circuit, and constitute an amplifier circuit 2 together with a MOSFET MC1 serving as a current source of the inverter circuit. In FIG. 2, both the first capacitor element C1 and the second capacitor element C2 use fixed capacitors. Other configurations are as described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit for comparison with FIG. In the circuit of FIG. 3, the second capacitor C2 is removed from FIG. 2, and the first capacitor C1 is replaced with a fixed capacitor C3 having a larger capacitance value. Other configurations are the same as those in FIG.

図2の実施例1の回路と図3の比較例の回路に対してSPICEシミュレーションにより、スイッチ素子のオンオフによる発振周波数の変化を計算した。この結果を表1に示す。なお、表1に示すシミュレーションでは、90nmノードのCMOSを仮定してシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、電源電圧VDD=1Vとし、スイッチ素子の制御電圧LCNTは0V(オフ)または1V(オン)としている。また、L1=L3=2.5nH、L2=5nHとし、L1とL3には10Ω、L2には20Ωの直列寄生抵抗を仮定する。さらにC1=C2=0.1pF、C3=0.15pFとする。   The change in the oscillation frequency due to ON / OFF of the switch element was calculated by SPICE simulation for the circuit of Example 1 in FIG. 2 and the circuit of the comparative example in FIG. The results are shown in Table 1. In the simulation shown in Table 1, the simulation was performed assuming a 90 nm node CMOS. The simulation condition is that the power supply voltage VDD = 1V and the control voltage LCNT of the switch element is 0V (off) or 1V (on). Further, it is assumed that L1 = L3 = 2.5 nH and L2 = 5 nH, and a series parasitic resistance of 10Ω is applied to L1 and L3, and 20Ω is applied to L2. Further, C1 = C2 = 0.1 pF and C3 = 0.15 pF.

Figure 2014112885
Figure 2014112885

表1に示すとおり、図2の実施例と図3の比較例とを比較すると図2の実施例の方が大きな発振周波数の変化が得られていることが分かる。すなわち、単にスイッチ素子M1を設けるだけでなく、スイッチ素子M1に対して第2の容量素子C2を並列に接続することにより発振周波数の変化する範囲をより広くできることが理解できる。   As shown in Table 1, when the embodiment of FIG. 2 is compared with the comparative example of FIG. 3, it can be seen that a greater change in oscillation frequency is obtained in the embodiment of FIG. That is, it can be understood that the range in which the oscillation frequency changes can be broadened by not only providing the switch element M1 but also connecting the second capacitor element C2 in parallel to the switch element M1.

図4は、実施例2による発振回路のブロック図である。図4において、図1と構成、機能が同一である素子、回路、端子、信号は、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図4では、インダクタンス素子1に引き出し部AとTが設けられている。引き出し部Aは図1の引き出し部B、Cと同様に、インダクタンス素子1を構成する直列に接続された複数のインダクタの間に設けられているが、引き出し部Tはインダクタンス素子1の末端に設けられている。スイッチ素子として機能するMISFET M1と第2の容量素子となるバラクタV2がこの引き出し部AとTとの間に並列に接続されている。図4では、引き出し部Tをインダクタンス素子1の末端に設けているので、引き出し部AとTとの位置がOUTT端子、OUTB端子から見て対称とならないが、スイッチ素子であるMISFET M1の寄生容量の発振周波数に対する影響を問題にしなければ、図4のような構成でも問題はない。図4の実施例2においても、一つのスイッチ素子M1のオンオフによりLC共振器のインダクタンスと容量値を同時に変化させることができるので、発振周波数範囲を広く取ることができる。   FIG. 4 is a block diagram of an oscillation circuit according to the second embodiment. 4, elements, circuits, terminals, and signals having the same configuration and function as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 4, lead portions A and T are provided in the inductance element 1. As with the lead portions B and C in FIG. 1, the lead portion A is provided between a plurality of inductors connected in series constituting the inductance element 1, but the lead portion T is provided at the end of the inductance element 1. It has been. A MISFET M1 functioning as a switch element and a varactor V2 serving as a second capacitor element are connected in parallel between the lead portions A and T. In FIG. 4, since the lead portion T is provided at the end of the inductance element 1, the positions of the lead portions A and T are not symmetrical when viewed from the OUTT terminal and the OUTB terminal, but the parasitic capacitance of the MISFET M1 that is a switch element. If the influence on the oscillation frequency is not a problem, there is no problem with the configuration shown in FIG. In Example 2 of FIG. 4 as well, since the inductance and capacitance value of the LC resonator can be changed simultaneously by turning on / off one switch element M1, the oscillation frequency range can be widened.

図5は、実施例3による発振回路のブロック図である。図5では、インダクタンス素子1の配線の途中の4箇所に引き出し部H、I、J、Kが設けられており、インダクタンス素子1は、インダクタL1、L2、L3、L4、L5の5つのインダクタが直列に接続されたインダクタンス素子と考えることができる。ここで、インダクタL1とL5、及び、L2とL4は、それぞれ、インダクタンス素子1の末端に接続される端子OUTT、OUTBから見た特性が等価になるように対称に配置することが望ましい。言い換えるならば、引き出し部IとJ、及び、引き出し部HとKは、それぞれ、端子OUTT、OUTBから見て対称になるように配置する。引き出し部IとJにはスイッチ素子M1と容量素子V21が、引き出し部HとKにはスイッチ素子M2と容量素子V22が、それぞれ並列に接続されている。なお、スイッチ素子M1、M2はMISFETで構成され、容量素子V1、V21、V22は可変容量素子であるバラクタで構成される。容量素子V1、V21、V22は固定容量であってもよいが、周波数可変範囲を広く取り、周波数を自由に変更できるようにするためには、容量素子V1、V21、V22のうち、一部の容量素子、より望ましくは全部の容量素子が可変容量素子で構成されることが好ましい。   FIG. 5 is a block diagram of an oscillation circuit according to the third embodiment. In FIG. 5, lead portions H, I, J, and K are provided at four locations in the middle of the wiring of the inductance element 1, and the inductance element 1 includes five inductors L1, L2, L3, L4, and L5. It can be thought of as an inductance element connected in series. Here, it is desirable that the inductors L1 and L5, and L2 and L4 are arranged symmetrically so that the characteristics viewed from the terminals OUTT and OUTB connected to the ends of the inductance element 1 are equivalent. In other words, the lead portions I and J and the lead portions H and K are arranged so as to be symmetric when viewed from the terminals OUTT and OUTB, respectively. A switch element M1 and a capacitive element V21 are connected in parallel to the lead portions I and J, and a switch element M2 and a capacitive element V22 are connected in parallel to the lead portions H and K, respectively. The switch elements M1 and M2 are configured by MISFETs, and the capacitive elements V1, V21, and V22 are configured by varactors that are variable capacitive elements. The capacitive elements V1, V21, and V22 may be fixed capacitors. However, in order to take a wide frequency variable range and freely change the frequency, some of the capacitive elements V1, V21, and V22 It is preferable that the capacitive element, more desirably, all the capacitive elements are constituted by variable capacitive elements.

ここで、スイッチ素子M1とM2がオフのときはLC共振器のインダクタンスはL1〜L5の和となり、キャパシタンスはV1とV21、V22を並列接続したものとみなすことができる。また、スイッチ素子M1がオンのときはLC共振器のインダクタンスはL1、L2、L4、L5の和となり、キャパシタンスはV1とV21の並列接続とみなすことができる。スイッチ素子M2がオンのときはLC共振器のインダクタンスはL1とL5の和となり、キャパシタンスはV1のみとなる。また、LC共振器が対称になるように、インダクタンス素子1と引き出し部H〜Kを配置すれば、スイッチ素子M1がオンのときはMISFET M1の接続される引き出し部I、Jはインダクタの中点となる。このために、発振中にこの点の電位は変動せず、この点につながるMISFETのもつ寄生容量(図には示されていない)は発振周波数に影響しない。さらに、スイッチ素子M2がオンのときはMISFET M2の接続される引き出し部H、Kはインダクタの中点となる。このために、発振中にこの点の電位は変動せず、この点につながるMISFET M2とその内側のM1のもつ寄生容量(図には示されていない)は発振周波数に影響しない。   Here, when the switch elements M1 and M2 are off, the inductance of the LC resonator is the sum of L1 to L5, and the capacitance can be regarded as V1 and V21, V22 connected in parallel. When the switch element M1 is on, the inductance of the LC resonator is the sum of L1, L2, L4, and L5, and the capacitance can be regarded as a parallel connection of V1 and V21. When the switch element M2 is on, the inductance of the LC resonator is the sum of L1 and L5, and the capacitance is only V1. If the inductance element 1 and the lead portions H to K are arranged so that the LC resonator is symmetric, the lead portions I and J to which the MISFET M1 is connected when the switch element M1 is on are the midpoints of the inductor. It becomes. For this reason, the potential at this point does not fluctuate during oscillation, and the parasitic capacitance (not shown) of the MISFET connected to this point does not affect the oscillation frequency. Further, when the switch element M2 is on, the lead-out portions H and K to which the MISFET M2 is connected become the midpoint of the inductor. For this reason, the potential at this point does not fluctuate during oscillation, and the parasitic capacitance (not shown in the figure) of the MISFET M2 connected to this point and the inner M1 does not affect the oscillation frequency.

図6は、実施例4の半導体装置において発振回路を構成するスイッチ素子と第2の容量素子の断面構造を示す模式図である。実施例4は、図1に示す実施例1の発振回路を半導体基板の上に形成する半導体装置の実施例である。実施例4の発振回路の構成は基本的に図1に示す実施例1の発振回路と構成は同一である。ただし、スイッチ素子M21(図1のスイッチ素子M1に相当)と可変容量素子V2を半導体基板上に形成する具体的な一例を示している。スイッチ素子M21は半導体基板上のn型MISFETとして形成される。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a switch element and a second capacitor element that form an oscillation circuit in the semiconductor device of the fourth embodiment. Example 4 is an example of a semiconductor device in which the oscillation circuit of Example 1 shown in FIG. 1 is formed on a semiconductor substrate. The configuration of the oscillation circuit of the fourth embodiment is basically the same as that of the oscillation circuit of the first embodiment shown in FIG. However, a specific example is shown in which the switch element M21 (corresponding to the switch element M1 in FIG. 1) and the variable capacitance element V2 are formed on the semiconductor substrate. The switch element M21 is formed as an n-type MISFET on a semiconductor substrate.

図6において、n型MISFET M21はp型基板PS1の表面に設けられたディープnウェルDNW1のさらに表面に設けられたpウェルPW1の表面に形成されている。インダクタL2の両端に設けられた引き出し部BとCが、それぞれn型MISFET M21のドレインとソースとなるソースドレイン部D21とS21とに接続されている。n型MISFET M21のゲート電極には、制御信号LCNTが接続されている。また、p型基板PS21はグラウンド電位、ディープnウェルDNW21は電源電位VDDに接続されている。なお、DNW21の電位は電源電位VDDには限られず、pウェルPW21よりも高い任意の値をとることが出来る。ここで、n型MISFET M21のゲートに接続される制御信号LCNTがn型MISFET M21のしきい値以下ならばM21はオフとなり、LC共振器のインダクタンスはL1、L2、L3の和となる。一方、LCNTがしきい値以上ならばM21はオンとなり、LC共振器のインダクタンスはL1、L3の和となる。また、ソースドレイン部S21とD21はpウェルPW21との間にpn接合を形成し、容量を持つ。この容量はS21−PW1間とD21−PW1間の容量であるが、MISFETのソース−ドレインが対称でPW1の電圧を一定としておけば、両者の容量が直列接続された容量がS21−D21間にあるとみなすことが出来る。この容量はp−n接合で形成されているのでWCONT端子によりPW1の電位を変えることで容量値を変化させることができる。すなわち、実質的には図1の可変容量V1と同じ働きをさせることが出来る。   In FIG. 6, the n-type MISFET M21 is formed on the surface of the p-well PW1 provided on the surface of the deep n-well DNW1 provided on the surface of the p-type substrate PS1. The lead portions B and C provided at both ends of the inductor L2 are connected to the source and drain portions D21 and S21 serving as the drain and source of the n-type MISFET M21, respectively. A control signal LCNT is connected to the gate electrode of the n-type MISFET M21. The p-type substrate PS21 is connected to the ground potential, and the deep n-well DNW21 is connected to the power supply potential VDD. Note that the potential of the DNW 21 is not limited to the power supply potential VDD, and can take an arbitrary value higher than that of the p well PW 21. Here, if the control signal LCNT connected to the gate of the n-type MISFET M21 is less than or equal to the threshold value of the n-type MISFET M21, M21 is turned off, and the inductance of the LC resonator is the sum of L1, L2, and L3. On the other hand, if LCNT is equal to or greater than the threshold value, M21 is turned on, and the inductance of the LC resonator is the sum of L1 and L3. Further, the source / drain portions S21 and D21 form a pn junction between the p well PW21 and have a capacitance. This capacitance is between S21-PW1 and between D21-PW1, but if the source-drain of MISFET is symmetrical and the voltage of PW1 is kept constant, the capacitance in which both capacitances are connected in series is between S21-D21. It can be regarded as being. Since this capacitance is formed by a pn junction, the capacitance value can be changed by changing the potential of PW1 by the WCONT terminal. That is, substantially the same function as the variable capacitor V1 of FIG. 1 can be achieved.

図7は、実施例5による発振回路のブロック図である。図7の実施例5の発振回路では、OUTT端子とOUTB端子との間にインダクタンス素子1Aとインダクタンス素子1Bとが並列に接続されている。また、インダクタンス素子1Aの配線の途中に引き出し部Eが設けられ、インダクタンス素子1Bの配線の途中に引き出し部Fが設けられている。さらに、引き出し部Eと引き出し部Fとの間には、スイッチ素子M1と第2の容量素子V2が並列に接続されている。スイッチ素子M1はMISFETであり、第2の容量素子V2はバラクタである。この構成により、インダクタL11〜L13、L21〜L23、容量素子V1、V2、スイッチ素子M1で構成されるLC共振回路が形成される。ここで、スイッチ素子M1がオフの場合は第2の容量素子V2の容量が図1の場合と同様にOUTT、OUTBの共振器の共振周波数に影響するが、オンするとその影響は無くなる。すなわち、図1と同様に、スイッチのオンオフによって、インダクタンスとキャパシタンスを同時に切り替えることが可能となる。なお、この実施例においても、インダクタンス素子1A、1Bの形状及び引き出し部E、Fの位置は、OUTT端子とOUTB端子から見た特性が等しくなるように対称に配置されていることが望ましい。   FIG. 7 is a block diagram of an oscillation circuit according to the fifth embodiment. In the oscillation circuit of the fifth embodiment shown in FIG. 7, the inductance element 1A and the inductance element 1B are connected in parallel between the OUTT terminal and the OUTB terminal. In addition, a lead portion E is provided in the middle of the wiring of the inductance element 1A, and a lead portion F is provided in the middle of the wiring of the inductance element 1B. Further, the switch element M1 and the second capacitor element V2 are connected in parallel between the lead portion E and the lead portion F. The switch element M1 is a MISFET, and the second capacitor element V2 is a varactor. With this configuration, an LC resonance circuit including inductors L11 to L13 and L21 to L23, capacitive elements V1 and V2, and a switch element M1 is formed. Here, when the switch element M1 is off, the capacitance of the second capacitive element V2 affects the resonance frequency of the resonators OUTT and OUTB as in the case of FIG. 1, but when the switch element M1 is turned on, the influence disappears. That is, as in FIG. 1, the inductance and the capacitance can be switched simultaneously by turning on and off the switch. Also in this embodiment, it is desirable that the shapes of the inductance elements 1A and 1B and the positions of the lead portions E and F are symmetrically arranged so that the characteristics viewed from the OUTT terminal and the OUTB terminal are equal.

図8は、実施例6による発振回路のブロック図である。図8は、図7で説明した実施例5の発振回路よりさらに、インダクタンス素子1A、1Bに設けられる引き出し部の数が増え、並列接続されるスイッチ素子と容量素子の数が増えている。インダクタンス素子1Aには、引き出し部HとIが設けられ、インダクタンス素子1Bには、引き出し部JとKが設けられている。さらに、引き出し部Hと引き出し部Kとの間には、スイッチ素子M1と第2の容量素子V21が並列に接続され、引き出し部Iと引き出し部Jとの間には、スイッチ素子M2と第2の容量素子V22が並列に接続されている。また、MISFETで構成されるスイッチ素子M1、M2のゲートには、制御信号LCNT1とLCNT2とが接続される。その他の構成は、他の実施例と同一である。上記構成により、インダクタL11〜L15、L21〜L25、容量素子V1、V21、V22、スイッチ素子M1、M2で構成されるLC共振器が形成される。ここではスイッチ素子がM1とM2の2つである場合を示しているが、同様に3個以上のスイッチ素子を持つ構成も製造可能である。   FIG. 8 is a block diagram of an oscillation circuit according to the sixth embodiment. In FIG. 8, the number of lead portions provided in the inductance elements 1A and 1B is further increased, and the number of switch elements and capacitive elements connected in parallel is increased, compared to the oscillation circuit of the fifth embodiment described in FIG. The inductance element 1A is provided with lead portions H and I, and the inductance element 1B is provided with lead portions J and K. Further, the switch element M1 and the second capacitor element V21 are connected in parallel between the lead portion H and the lead portion K, and the switch element M2 and the second capacitor element V21 are connected between the lead portion I and the lead portion J. Capacitive elements V22 are connected in parallel. Control signals LCNT1 and LCNT2 are connected to the gates of the switch elements M1 and M2 formed of MISFETs. Other configurations are the same as those of the other embodiments. With the above configuration, an LC resonator including inductors L11 to L15, L21 to L25, capacitive elements V1, V21, V22, and switch elements M1, M2 is formed. Although the case where there are two switch elements M1 and M2 is shown here, a configuration having three or more switch elements can also be manufactured.

ここで、スイッチがM1とM2がオフの場合はV21、V22の容量が図1の場合と同様にOUTT、OUTBの共振器の共振周波数に影響するが、M1をオンとするとV21の影響は無くなり、M2をオンとするとV22の影響は無くなる。M1、M2の両方をオンとすることも出来、M1とM2の組み合わせで4通りのインダクタンスとキャパシタンスの状態を実現できる。なお、この実施例の場合も、インダクタンス素子1A、1Bの形状及び引き出し部HとK及びIとJの位置は、それぞれOUTT端子とOUTB端子から見た特性が等しくなるように対称に配置されていることが望ましい。   Here, when the switches M1 and M2 are off, the capacities of V21 and V22 affect the resonance frequency of the resonators OUTT and OUTB as in the case of FIG. 1, but when M1 is turned on, the effect of V21 disappears. When M2 is turned on, the influence of V22 disappears. Both M1 and M2 can be turned on, and four inductance and capacitance states can be realized by a combination of M1 and M2. Also in this embodiment, the shapes of the inductance elements 1A and 1B and the positions of the lead portions H and K and I and J are symmetrically arranged so that the characteristics viewed from the OUTT terminal and the OUTB terminal are equal. It is desirable.

以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited only to the configurations of the above embodiments, and of course includes various modifications and corrections that can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention. It is.

1、1A、1B:インダクタンス素子
2:増幅回路
INV1、INV2:インバータ回路
M1、M2、M21:MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)金属絶縁半導体型電界効果トランジスタ(スイッチ素子)
M10、M11、M12、M13、M15、M31:MISFET
L1〜L5、L11〜L15、L21〜L25、L31:インダクタ
V1:第1の容量素子(可変容量;バラクタ)
V2、V21、V22:第2の容量素子(可変容量;バラクタ)
C1:第1の容量素子(固定容量;キャパシタ)
C2:第2の容量素子(固定容量;キャパシタ)
A、B、C、E、F、H、I、J、K、T:引き出し部
OUTT、OUTB、VDD、IN、OUT:端子
LCNT、LCNT1、LCNT2、WCONT:制御信号
PW21:pウェル
DNW21:ディープnウェル
PS21:p型基板
S21、D21:ソースドレイン部
C31:固定容量
R31:抵抗
G8:グランド配線
L8:インダクタ配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B: Inductance element 2: Amplifier circuit INV1, INV2: Inverter circuit M1, M2, M21: MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Metal insulation semiconductor field effect transistor (switch element)
M10, M11, M12, M13, M15, M31: MISFET
L1 to L5, L11 to L15, L21 to L25, L31: Inductor V1: First capacitor (variable capacitor; varactor)
V2, V21, V22: second capacitor element (variable capacitor; varactor)
C1: First capacitor element (fixed capacitor; capacitor)
C2: Second capacitor element (fixed capacitor; capacitor)
A, B, C, E, F, H, I, J, K, T: Lead-out part OUTT, OUTB, VDD, IN, OUT: Terminals LCNT, LCNT1, LCNT2, WCONT: Control signal PW21: p-well DNW21: deep n-well PS21: p-type substrate S21, D21: source / drain portion C31: fixed capacitance R31: resistor G8: ground wiring L8: inductor wiring

Claims (10)

第1の端子と第2の端子との間に接続されたインダクタンス素子と、
前記インダクタンス素子と並列に前記第1の端子と第2の端子との間に接続された増幅回路と、
前記第1の端子及び第2の端子に接続された第1の容量素子と、
を備えた共振型発振回路であって、
前記インダクタンス素子は、
第1の引き出し部が設けられた第1のインダクタンス素子と
第2の引き出し部が設けられた第2のインダクタンス素子とを含み、
前記第1の引き出し部と前記第2の引き出し部との間に第1のスイッチ素子と第2の容量素子が並列に接続されていることを特徴とする発振回路。
An inductance element connected between the first terminal and the second terminal;
An amplifier circuit connected between the first terminal and the second terminal in parallel with the inductance element;
A first capacitor connected to the first terminal and the second terminal;
A resonance type oscillation circuit comprising:
The inductance element is
A first inductance element provided with a first lead portion and a second inductance element provided with a second lead portion;
An oscillation circuit, wherein a first switch element and a second capacitor element are connected in parallel between the first lead portion and the second lead portion.
前記第1のインダクタンス素子が前記第1及び第2の端子からみた特性が等しくなるように対称に配置され、
前記第2のインダクタンス素子も前記第1及び第2の端子からみた特性が等しくなるように対称に配置され、
前記第1の引き出し部と前記第2の引き出し部は、前記第1のスイッチ素子をオンしたときとオフしたときの前記第1及び第2の端子からみた特性が等しくなるように対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載の発振回路。
The first inductance elements are arranged symmetrically so that the characteristics seen from the first and second terminals are equal;
The second inductance elements are also arranged symmetrically so that the characteristics seen from the first and second terminals are equal,
The first lead portion and the second lead portion are arranged symmetrically so that the characteristics viewed from the first and second terminals when the first switch element is turned on and off are equal. The oscillation circuit according to claim 1, wherein:
前記第1のインダクタンス素子は、前記第1の引き出し部とは異なる第3の引き出し部が設けられ、
前記第2のインダクタンス素子は、前記第2の引き出し部とは異なる第4の引き出し部が設けられ、
前記第3の引き出し部と前記第4の引き出し部との間に第2のスイッチ素子と第3の容量素子が並列に接続され、
前記第3の引き出し部と前記第4の引き出し部は、前記第2のスイッチ素子をオンしたときとオフしたときの前記第1及び第2の端子からみた特性が等しくなるように対称に配置されることを特徴とする請求項2記載の発振回路。
The first inductance element is provided with a third lead portion different from the first lead portion,
The second inductance element is provided with a fourth lead portion different from the second lead portion,
A second switch element and a third capacitor element are connected in parallel between the third lead portion and the fourth lead portion,
The third lead portion and the fourth lead portion are arranged symmetrically so that the characteristics viewed from the first and second terminals when the second switch element is turned on and off are equal. The oscillation circuit according to claim 2.
前記第1及び前記第2の容量素子の内、少なくとも一方の容量値が可変であ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 a capacitance value of at least one of the first and second capacitive elements is variable. 前記第1及び前記第2及び前記第3の容量素子の内、少なくとも一つの容量値が可変であることを特徴とする請求項3記載の発振回路。   4. The oscillation circuit according to claim 3, wherein at least one of the first, second, and third capacitance elements has a variable capacitance value. 前記請求項1乃至5いずれか1項記載の発振回路が半導体基板の上に形成されていることを特徴とする半導体装置。   6. A semiconductor device, wherein the oscillation circuit according to claim 1 is formed on a semiconductor substrate. 前記容量素子が前記半導体基板に形成されたpn接合容量であることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the capacitive element is a pn junction capacitor formed on the semiconductor substrate. 前記スイッチ素子がMISFETであることを特徴とする請求項6又は7記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 6, wherein the switch element is a MISFET. 前記容量素子がMISFETのソースドレイン部に形成されたpn接合容量であることを特徴とする請求項6乃至8いずれか1項記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 6, wherein the capacitive element is a pn junction capacitor formed in a source / drain portion of a MISFET. 前記MISFETを半導体基板の表面に設けられたウェルの表面に形成し、前記ウェルの電位を制御することにより前記容量素子の容量値を可変にすることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, wherein the MISFET is formed on a surface of a well provided on a surface of a semiconductor substrate, and a capacitance value of the capacitive element is made variable by controlling a potential of the well.
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