JP2020086619A - 回路装置、電源回路、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

回路装置、電源回路、発振器、電子機器及び移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】高速起動の電源供給が要求される状況と低ノイズの電源供給が要求される状況の両方に対応できる回路装置等の提供。【解決手段】回路装置20は、デジタル回路50と、デジタル回路50にデジタル電源電圧VDDDを供給するデジタル電源回路30と、アナログ回路60と、アナログ回路60にアナログ電源電圧VDDAを供給するアナログ電源回路40を含む。アナログ電源回路40は、動作モードとして、第1のモードと第2のモードとを有し、第1のモードは、第2のモードよりも電源供給の起動が速いモードであり、第2のモードは、第1のモードよりも低ノイズで電源供給を行うモードである。【選択図】図1

Description

本発明は、回路装置、電源回路、発振器、電子機器及び移動体等に関する。
特許文献1には、デジタル回路とアナログ回路と発振回路を含む発振器が開示されている。この発振器では、デジタル回路の電源ノードと発振回路の電源ノードとの間の信号経路上、デジタル回路の電源ノードとアナログ回路の電源ノードとの間の信号経路上、及び、発振回路の電源ノードとアナログ回路の電源ノードとの間の信号経路上に、レギュレーター回路やフィルター回路により実現される雑音減衰回路が配置される。この発振器によれば、デジタル回路、アナログ回路及び発振回路のいずれかで発生したノイズが、雑音減衰回路により減衰するようになるため、発振信号に対するノイズの影響を低減できる。
特開2016−134735号公報
デジタル回路に供給されるデジタル回路用のデジタル電源には、高速に起動できて、急峻な負荷電流変動に対して電源変動が少ないことが求められる。一方、アナログ回路に供給されるアナログ回路用のアナログ電源には、低ノイズな電源出力であることが求められる。このため、特許文献1のような雑音減衰回路を設けて、アナログ電源の低ノイズ化が図られる。しかしながら、アナログ回路用のアナログ電源であっても、低ノイズであるだけでは不十分であり、電源供給の起動が遅れるのは望ましくない。
本発明の一態様は、デジタル回路と、前記デジタル回路にデジタル電源電圧を供給するデジタル電源回路と、アナログ回路と、前記アナログ回路にアナログ電源電圧を供給するアナログ電源回路と、を含み、前記アナログ電源回路は、動作モードとして、第1のモードと第2のモードとを有し、前記第1のモードは、前記第2のモードよりも電源供給の起動が速いモードであり、前記第2のモードは、前記第1のモードよりも低ノイズで電源供給を行うモードである回路装置に関係する。
また本発明の一態様は、電源電圧を供給する電源回路であって、第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、第1の電源ノードと前記電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、前記アンプ回路の出力端子のノードと前記トランジスターのゲートのノードとの間に設けられるローパスフィルターと、前記アンプ回路の前記出力端子のノードと前記トランジスターの前記ゲートのノードとの間において、前記ローパスフィルターに対して並列に設けられるスイッチと、前記電源電圧の前記出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、前記電源電圧を分圧した電圧を、前記アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路と、を含む電源回路に関係する。
本実施形態の回路装置の構成例。 本実施形態の回路装置の詳細な第1の構成例。 本実施形態の第1の構成例の動作シーケンスを説明する信号波形図。 比較例の動作シーケンスを説明する信号波形図。 本実施形態の回路装置の詳細な第2の構成例。 本実施形態の第2の構成例の動作シーケンスを説明する信号波形図。 PLL回路の周波数変更期間でのモード切り替えについての説明図。 アナログ電源回路の第1の構成例。 アナログ電源回路の第2の構成例。 アンプ回路の構成例。 デジタル電源回路の構成例。 アナログ電源回路の出力ノイズ特性の例。 発振器の構成例。 電子機器の構成例。 移動体の構成例。
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
1.回路装置
図1に本実施形態の回路装置20の構成例を示す。回路装置20は、デジタル電源回路30と、アナログ電源回路40と、デジタル回路50と、アナログ回路60を含む。回路装置20は、IC(Integrated Circuit)と呼ばれる集積回路装置であり、デジタル及びアナログの混載ICである。
デジタル電源回路30は、デジタル回路用の電源回路であり、デジタル回路50にデジタル電源電圧VDDDを供給する。デジタル電源電圧VDDDはデジタル回路用の電源電圧である。例えばデジタル電源回路30は、レギュレーター回路などの電源回路を有し、電源電圧VDDHに基づいてデジタル電源電圧VDDDを生成して、デジタル回路50に供給する。例えば電源電圧VDDHをレギュレートした電圧をデジタル電源電圧VDDDとして、デジタル回路50に供給する。電源電圧VDDHは、例えば回路装置20の外部から入力される電源電圧である。なお電源電圧VDDHを生成する電源回路を回路装置20に内蔵してもよい。
アナログ電源回路40は、アナログ回路用の電源回路であり、アナログ回路60にアナログ電源電圧VDDAを供給する。アナログ電源電圧VDDAはアナログ回路用の電源電圧である。例えばアナログ電源回路40は、レギュレーター回路などの電源回路を有し、電源電圧VDDHに基づいてアナログ電源電圧VDDAを生成して、アナログ回路60に供給する。例えば電源電圧VDDHをレギュレートした電圧をアナログ電源電圧VDDAとして、アナログ回路60に供給する。
デジタル回路50は、例えばNAND、NOR、インバーター又はフリップフロップなどの論理回路素子により構成され、例えばデジタル信号が入力されて、デジタル信号を出力する。デジタル回路50は、例えばゲートアレイやスタンダードセル等の自動配置配線などにより実現できる。
アナログ回路60は、例えば演算増幅器、抵抗又はキャパシターなどのアナログ回路素子により構成され、例えばアナログ信号が入力されて、アナログ信号を出力する。アナログ回路60は、例えば複数のアナログ回路素子が配置されたマクロブロックなどにより実現できる。なおアナログ回路60がその回路の一部として論理回路素子を含んでいてもよい。
そしてアナログ電源回路40は、動作モードとして、第1のモードと第2のモードを有する。即ちアナログ電源回路40は、動作モードが第1のモードに設定されると第1のモードで動作し、動作モードが第2のモードに設定されると第2のモードで動作する。なお3つ以上の動作モードがあってもよい。そして第1のモードは、第2のモードよりも電源供給の起動が速いモードである。一方、第2のモードは、第1のモードよりも低ノイズで電源供給を行うモードである。
例えばアナログ電源回路40は、第1のモードに設定されると、第2のモードに設定された場合に比べて、高速に起動してアナログ回路60へのアナログ電源電圧VDDAの電源供給を開始する。例えば、電源電圧VDDHが立ち上がってから、アナログ電源電圧VDDAが目標電圧に達するまでの時間が、第1のモードでは第2のモードに比べて速くなる。一方、アナログ電源回路40は、第2のモードに設定されると、第1のモードに設定された場合に比べて、低ノイズでアナログ回路60にアナログ電源電圧VDDAを供給する。例えば第2のモードに設定された場合には、第1のモードに設定された場合に比べて、アナログ電源回路40が供給するアナログ電源電圧VDDAのノイズレベルが低くなる。例えばアナログ電源回路40は、第2のモードでは、ローパスフィルター処理などのフィルター処理が施されたアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給するが、第1のモードではこのようなフィルター処理が施されていないアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給する。
このように本実施形態では、アナログ電源回路40が、高速に起動して電源供給を行う第1のモードと、低ノイズで電源供給を行う第2のモードの両方の動作が可能になっている。従って、低ノイズよりも高速起動の電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路40が第1のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。一例としては、電源電圧VDDHの供給が開始して、電源電圧VDDHが立ち上がってから所与の期間の間は、アナログ電源回路40が第1のモードに設定されることで、デジタル電源回路30と同様に、アナログ電源回路40の電源供給が高速に起動して、アナログ電源電圧VDDAがアナログ回路60に供給されるようになる。これにより、アナログ回路60が所望のアナログ動作を行うまでの時間を短縮できる。一方、高速起動よりも低ノイズの電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路40が第2のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。一例としては、アナログ回路60が、例えば第1のモードの電源供給等により起動し、所望のアナログ動作が可能になった後に、アナログ電源回路40が第2のモードで動作することで、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給できるようになる。これによりアナログ回路60は、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAに基づき動作するようになり、アナログ回路60の低ノイズのアナログ動作を実現できるようになる。例えばアナログ回路60は低ノイズのアナログ信号の出力等が可能になる。
例えばデジタル電源回路30は、高速に起動することができ、急峻な負荷電流変動に対して電源変動が少ない。一方、アナログ電源回路40は、低ノイズな電源出力が可能であり、例えば後述する発振回路等の低ノイズが要求される回路に使用される。そして低ノイズ特性を実現するために、大きな時定数を有するローパスフィルターなどを設けるなどして、アナログ電源回路40の帯域を極端に下げるようにする。しかしながら、このように帯域を低くしてしまうと、電圧安定化までの起動時間が長いとう問題点がある。また帯域が低いため、電源が供給されるアナログ回路60において、動作開始後に急激な負荷電流変化が起こると、電圧安定化までの時間が非常に長くなってしまうという問題点がある。
この点、本実施形態では、アナログ電源回路40が、高速起動モードである第1のモードと、低ノイズモードである第2のモードを有する。第1のモードと第2のモードの切り替え処理は外部の制御回路により実行される。そしてアナログ電源回路40は、第1のモードでは、例えば内蔵するローパスフィルターをオフにすることで、高速に起動するようになる。また帯域が高くなることで、アナログ回路60において急激な負荷電流が生じた場合にも、電圧安定化までの時間を短縮できる。そしてアナログ電源回路40は、第2のモードでは、例えば内蔵するローパスフィルターをオンにすることで、低ノイズでの電源供給が可能になる。これにより、発振回路等の低ノイズが要求される回路に対する適切な電源供給が可能になる。
また本実施形態ではアナログ電源回路40は、第1のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給する。一例としては、電源電圧VDDHが投入されて立ち上がった後、アナログ電源回路40は、第1のモードに設定されることで、高速に起動して、目標電圧となるアナログ電源電圧VDDAを、より短い時間でアナログ回路60に供給する。このとき例えばデジタル電源回路30も高速に起動して、デジタル回路50へのデジタル電源電圧VDDDの供給を開始している。そしてアナログ電源回路40は、第1のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給した後に、動作モードが第2のモードに切り替わり、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給するようになる。即ち第1のモードに比べて低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給する。このようにすればアナログ電源回路40は、第1のモードに設定されることで、アナログ電源電圧VDDAを短い時間で供給開始できるようになり、アナログ電源電圧VDDAの供給開始後に、アナログ電源回路40は、第2のモードに設定されることで、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給できるようになる。これによりアナログ回路60の低ノイズのアナログ動作を実現できるようになる。
また本実施形態では、アナログ電源回路40は、デジタル電源回路30がデジタル電源電圧VDDDをデジタル回路50に供給した後に、動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。例えば電源電圧VDDHが立ち上がった後に、デジタル電源回路30がデジタル電源電圧VDDDをデジタル回路50に供給する。これによりデジタル回路50が、アナログ回路60の制御処理などの各種の制御処理を実行する。そして、その後に、アナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わり、アナログ電源回路40によるアナログ回路60への低ノイズのアナログ電源電圧VDDAの供給が開始する。具体的には外部からの電源供給による電源電圧VDDHが立ち上がった後に、デジタル電源回路30によるデジタル回路50へのデジタル電源電圧VDDDの供給を開始すると共に、アナログ電源回路40も第1のモードに設定されて高速に起動して、アナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。そして、その後にアナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わって、アナログ回路60に対して低ノイズのアナログ電源電圧VDDAが供給されるようになる。このようにすればデジタル回路50にデジタル電源電圧VDDDが供給されることで、デジタル回路50による制御処理が可能になり、制御処理が可能になったデジタル回路50が、アナログ電源回路40の動作モードを第1のモードから第2のモードに切り替えるなどの制御処理を実行できるようになる。
2.詳細な構成例
次に本実施形態の回路装置20の詳細例について説明する。図2に本実施形態の回路装置20の詳細な第1の構成例を示す。図2では、アナログ回路60として発振回路62と出力回路80が設けられている。また電源電圧VDDHは電源端子TVDDを介して外部から回路装置20に供給されている。電源端子TVDDは例えばICのパッドなどにより実現される。また回路装置20はタイミング制御回路52を含み、タイミング制御回路52がアナログ電源回路40に対してモード設定信号SMODを出力する。このモード設定信号SMODに基づいてアナログ電源回路40の第1、第2のモードの切り替えが行われる。またタイミング制御回路52は、アナログ回路60の出力回路80に対して出力イネーブル信号OUTENを出力する。なおタイミング制御回路52は、説明の便宜上、図2ではデジタル回路50と別のブロックとして示しているが、実際にはタイミング制御回路52はデジタル回路50に含まれる回路である。
このように図2では、アナログ回路60は、発振により発振信号OSCKを生成する発振回路62を含む。発振信号OSCKは発振回路62の発振動作により生成されたクロック信号である。例えば後述の図13に示すように発振回路62は、共振子である振動子10を用いた発振動作により発振信号OSCKを生成する。出力回路80は、この発振信号OSCKに基づいて、クロック信号OUTCKを出力する。例えばLVDS(Low Voltage Differential Signaling)、PECL(Positive Emitter Coupled Logic)、HCSL(High Speed Current Steering Logic)、又は差動のCMOS(Complementary MOS)などの種々の信号形式でクロック信号OUTCKを外部に出力する。
そしてアナログ電源回路40は、第1のモードでアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給する。例えばアナログ電源回路40は、電源電圧VDDHの立ち上がり後に、第1のモードで高速に起動して、発振回路62へのアナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。例えば第1のモードに設定されることで、第2のモードに比べて、ノイズレベルが大きくなるものの高速にアナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。このような高速起動の第1のモードを用いることで、発振回路62の発振動作を高速に起動できるようになる。例えば電源電圧VDDHが投入されて立ち上がった後、短い期間で、発振回路62が発振動作を行うようになる。そして、その後にアナログ電源回路40は、動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わって、第2のモードの場合に比べて低ノイズのアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給する。例えばタイミング制御回路52からのモード設定信号SMODに基づいて、アナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。これにより、発振回路62からは低ノイズの発振信号OSCKが出力されるようになり、この発振信号OSCKに基づいて出力回路80が出力するクロック信号OUTCKも低ノイズの信号になる。
なお図2に示すように出力回路80も、アナログ電源回路40からのアナログ電源電圧VDDAが供給されて動作する。この場合に、アナログ電源回路40に、発振回路用の電源回路と出力回路用の電源回路を設けて、発振回路用の電源回路からの第1のアナログ電源電圧を発振回路62に供給し、出力回路用の電源回路からの第2のアナログ電源電圧を出力回路80に供給するようにしてもよい。この場合に発振回路用の電源回路及び出力回路用の電源回路の各々は、例えばレギュレーター回路などにより実現できる。
図3は、図2の本実施形態の第1の構成例の動作シーケンスを説明する信号波形図である。まずタイミングT60において外部からの電源電圧VDDHの供給がオンになったことを起点にして、本実施形態の回路装置20の動作が開始する。電源電圧VDDHは例えば3.3V程度である。そしてタイミングT61において、電源電圧VDDHが所定電圧以上になったことを回路装置20の不図示の検出回路が検出すると、デジタル電源回路30及びアナログ電源回路40の起動のトリガーがかけられる。これによりデジタル電源回路30が高速に起動し、例えばデジタル電源電圧VDDD=1.8Vをデジタル回路50に供給する。このとき、タイミング制御回路52は、Lレベルのモード設定信号SMODをアナログ電源回路40に出力し、これによりアナログ電源回路40が、第1のモードに設定されて、高速に起動する。第1のモードは高速起動モードであるため、電源ノイズは大きくなる。なお前述したように、タイミング制御回路52は実際にはデジタル回路50に含まれる回路である。
タイミングT61でアナログ電源回路40が起動して、アナログ電源電圧VDDAがアナログ回路60である発振回路62に供給されると、発振回路62の発振動作が開始して、所定の発振周波数の発振信号OSCKを発生する。この場合に発振信号OSCKのノイズは大きいままである。ここで時間T61−T60は100μsec程度以下である。
タイミングT62において、タイミング制御回路52は、あらかじめ予測された発振動作の安定時間を待って、モード設定信号SMODをLレベルからHレベルに変化させる。Lレベルは例えば0Vであり、Hレベルは例えば1.8Vである。これによりアナログ電源回路40は、アナログ電源電圧VDDA=1.8Vを維持したまま、第1のモードから、低ノイズモードである第2のモードにスムーズに切り替わる。そして発振回路62が生成する発振信号OSCKも低ノイズの信号特性に切り替わる。ここで時間T62−T61は1msec程度以下である。
タイミングT63において、タイミング制御回路52は、発振信号OSCKが低ノイズの信号特性に変化する予測時間を待って、出力イネーブル信号OUTENをLレベルからHレベルに変化させる。これにより出力回路80は、発振信号OSCKに基づくクロック信号OUTCKを外部に出力する。この結果、回路装置20の出力端子を介して、低ノイズのクロック信号OUTCKが外部に出力されるようになる。ここで時間T63−T62は10μsec程度以下である。
以上のように図3の本実施形態によれば、電源電圧VDDHの供給がオンになってから、低ノイズのクロック信号OUTCKが回路装置20から出力されるまでの時間は、1.11msec程度以下になる。
このように本実施形態ではアナログ電源回路40は、図3のタイミングT61〜T62において第1のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給する。具体的にはアナログ回路60である発振回路62にアナログ電源電圧VDDAを供給する。そして、その後、タイミングT62以降は、アナログ電源回路40は、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給する。即ちタイミングT62において、タイミング制御回路52がモード設定信号SMODを、第1の電圧レベルであるLレベルから、第2の電圧レベルであるHレベルに変化させることで、アナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。これにより低ノイズモードである第2のモードで、アナログ電源電圧VDDAがアナログ回路60である発振回路62に供給されるようになる。このようにすれば、アナログ電源回路40を第1のモードに設定することで、アナログ電源電圧VDDAを短い時間で供給開始できるようになり、その後にアナログ電源回路40を第2のモードに設定することで、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給できるようになる。
また本実施形態ではアナログ電源回路40は、図3のタイミングT61でデジタル電源回路30がデジタル電源電圧VDDDをデジタル回路50に供給した後に、動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。即ち、タイミングT61でデジタル電源電圧VDDDがデジタル回路50に供給されることで、デジタル回路50が、アナログ回路60の制御処理などの各種の制御処理を実行できるようになる。そして、その後に、タイミングT62でアナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わり、アナログ電源回路40によるアナログ回路60への低ノイズのアナログ電源電圧VDDAの供給が開始する。これにより、デジタル回路50、アナログ回路60を適切なシーケンスで起動しながら、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをアナログ回路60に供給して、低ノイズ電源でのアナログ回路60の適正な動作を実現できるようになる。
また本実施形態では、アナログ回路60は、発振により発振信号OSCKを生成する発振回路62を含む。そしてアナログ電源回路40は、図3のタイミングT60での電源電圧VDDHの立ち上がり後に、タイミングT61において第1のモードでアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給する。そして、その後に、タイミングT62において、アナログ電源回路40は、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給する。これにより、電源電圧VDDHの立ち上がり後に、速い起動時間でアナログ電源回路40を起動して、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAを発振回路62に供給し、低ノイズ電源での発振回路62の適正な発振動作を実現できるようになる。
また本実施形態では回路装置20は、アナログ電源回路40の動作モードを第1のモード又は第2のモードに設定するタイミング制御回路52を含む。例えば図3のタイミングT62に示すように、タイミング制御回路52がモード設定信号SMODをLレベルからHレベルに変化させることで、アナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。一方、タイミング制御回路52がモード設定信号SMODをHレベルからLレベルに変化させると、アナログ電源回路40の動作モードが第2のモードから第1のモードに切り替わる。このようにすればタイミング制御回路52の制御の下で、アナログ電源回路40の動作モードを第1のモードに設定して、高速起動を可能にしたり、アナログ電源回路40の動作モードを第2のモードに設定して、低ノイズの電源供給が可能にしたりすることができる。そしてタイミング制御回路52は、デジタル電源回路30からのデジタル電源電圧VDDDに基づき動作するため、デジタル電源電圧VDDDが立ち上がった後に、タイミング制御回路52が動作して、タイミング制御回路52がアナログ電源回路40の動作モードを、高速起動の第1のモードから低ノイズ電源供給の第2のモードに切り替えることが可能になる。
また本実施形態の回路装置20は、アナログ回路60は、アナログ電源回路40からアナログ電源電圧VDDAが供給されて、出力信号を出力する出力回路80を含む。図2、図3に示すように出力回路80は、出力信号としてクロック信号OUTCKを出力する。そして出力回路80は、アナログ電源回路40が第1のモードから第2モードに切り替わった後に、出力信号であるクロック信号CLKOUTを出力する。例えば出力回路80は、アナログ電源回路40が第1のモードから第2モードに切り替わった後に、出力イネーブル状態になって、クロック信号CLKOUTを出力する。具体的には図3のタイミングT62において、タイミング制御回路52がモード設定信号SMODをLレベルからHレベルに変化させることで、アナログ電源回路40の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わる。そして、このように第1のモードから第2のモードに切り替わった後に、タイミングT63においてタイミング制御回路52が出力イネーブル信号OUTENをLレベルからHレベルに変化させる。これにより出力回路80が出力イネーブル状態になって、クロック信号CLKOUTを出力するようになる。このようにすれば、アナログ電源回路40が第1のモードから第2のモードに切り替わって、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAを供給し、これにより出力回路80が、低ノイズのクロック信号OUTCKの出力が可能になった後に、出力回路80を出力イネーブル状態に設定できるようになる。そして、低ノイズのクロック信号OUTCKを出力回路80により外部に出力できるようになる。
図4は、アナログ電源回路40が第1、第2のモードを有しない比較例の動作シーケンスを説明する信号波形図である。まずタイミングT70において外部からの電源電圧VDDHの供給がオンになったことを起点にして回路装置20の動作が開始する。そしてタイミングT71において、電源電圧VDDHが所定電圧以上になったことを検出することで、デジタル電源回路30及びアナログ電源回路40の起動のトリガーがかけられる。これによりデジタル電源回路30が高速に起動する。一方、比較例ではアナログ電源回路40は第1、第2のモードを有さず、低ノイズの電源供給の専用の電源回路になっているため、図3に比べて起動時間が長くなる。アナログ電源電圧VDDAが発振回路62に供給されると、発振回路62の発振動作が開始して、発振信号OSCKを発生するが、アナログ電源回路40の起動が遅いため、発振信号OSCKの発生も遅くなる。ここで時間T71−T70は100μsec程度以下である。
タイミングT72は、あらかじめ予測されたアナログ電源回路40の起動時間を待ったタイミングである。アナログ電源回路40は、最初から低ノイズモードであるが 出力されるアナログ電源電圧VDDAの値が正常ではないため、発振信号OSCKとしてクロックパルスが出力されていても、これを利用することはできない。アナログ電源回路40の電源供給を低ノイズにするためには、後述するローパスフィルターの時定数を大きくする必要があるが、時定数を大きくすると起動時間が非常に長くなる。例えばローパスフィルターのカットオフ周波数を10kHzに設定すると、起動時間は5msec程度になる。このように時間T72−71は5msec程度以上になる。
タイミングT73において、タイミング制御回路52は、あらかじめ予測されたアナログ電源回路40の起動時間を待って、出力イネーブル信号OUTENをLレベルからHレベルに変化させる。これにより出力回路80は、発振信号OSCKに基づく低ノイズのクロック信号OUTCKを外部に出力する。ここで時間T73−T72は10μsec程度以下である。
以上のように図4の比較例では、電源電圧VDDHの供給がオンになってから、低ノイズのクロック信号OUTCKが回路装置20から出力されるまでの時間は5msec程度以上になる。これに対して図3の本実施形態では、クロック信号OUTCKが出力されるまでの時間は、上述のように1.11msec程度以下になり、低ノイズのクロック信号OUTCKを、より速い起動時間で出力することが可能になる。
図5に本実施形態の回路装置20の詳細な第2の構成例を示す。図5では、アナログ回路60として発振回路62とPLL回路64と出力回路80が設けられている。PLL回路64は、発振回路62からの発振信号OSCKを逓倍したクロック信号PLCKを生成する。出力回路80は、PLL回路64からのクロック信号PLCKに基づいて、LVDS、PECL、HCSL、又は差動のCMOSなどの種々の信号形式でクロック信号OUTCKを外部に出力する。
このように図5では、アナログ回路60は、クロック信号PLCKを生成するPLL回路64を含む。クロック信号PLCKは発振信号OSCKの発振周波数を逓倍した周波数のクロック信号である。例えば後述の図13に示すようにPLL回路64は、発振信号OSCKに位相同期し、且つ、発振周波数の逓倍となる周波数のクロック信号PLCKを生成する。
そしてアナログ電源回路40は、第1のモードでアナログ電源電圧VDDAをPLL回路64に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧VDDAをPLL回路64に供給する。例えばアナログ電源回路40は、電源電圧VDDHの立ち上がり後に、第1のモードで高速に起動して、PLL回路64へのアナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。なお、このときにアナログ電源回路40は発振回路62に対してもアナログ電源電圧VDDAを供給する。この場合に発振回路62、PLL回路64の各々に対応したレギュレーター回路などの電源回路を別個に設けて、アナログ電源電圧VDDAを供給するようにしてもよい。
例えばアナログ電源回路40は、第1のモードで高速に起動して、PLL回路64へのアナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。例えば第1のモードに設定されることで、第2のモードに比べて、ノイズレベルが大きくなるものの高速にアナログ電源電圧VDDAの供給を開始する。このような高速起動の第1のモードを用いることで、PLL回路64のPLL動作を高速に起動できるようになる。例えば電源電圧VDDHが投入されて立ち上がった後、短い期間で、PLL回路64がPLL動作を行うようになる。そして、その後にアナログ電源回路40は、動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わって、第2のモードの場合に比べて低ノイズのアナログ電源電圧VDDAをPLL回路64に供給する。これにより、PLL回路64からは低ノイズのクロック信号PLCKが出力されるようになり、このクロック信号PLCKに基づいて出力回路80が出力するクロック信号OUTCKも低ノイズの信号になる。
図6は、図5の本実施形態の第2の構成例の動作シーケンスを説明する信号波形図である。まずタイミングT90において電源電圧VDDHの供給がオンになったことを起点にして、回路装置20の動作が開始する。タイミングT91において、電源電圧VDDHが所定電圧以上になったことを検出することで、デジタル電源回路30及びアナログ電源回路40の起動のトリガーがかけられる。これによりデジタル電源回路30が高速に起動し、デジタル電源電圧VDDDをデジタル回路50に供給する。このとき、タイミング制御回路52は、Lレベルのモード設定信号SMODをアナログ電源回路40に出力し、これによりアナログ電源回路40が、第1のモードに設定されて、高速に起動する。
タイミングT91においてアナログ電源回路40が起動して、アナログ電源電圧VDDAが発振回路62に供給されると、発振回路62の発振動作が開始して、所定の発振周波数の発振信号OSCKを発生する。この場合に、発振信号OSCKのノイズは大きいままである。同時に、アナログ電源電圧VDDAがPLL回路64に供給されることで、PLL回路64が起動し、発振信号OSCKを基準クロック信号としてPLL動作を開始する。起動の直後は、PLL回路64のクロック出力は不安定な状態である。ここで時間T91−T90は100μsec程度以下である。
タイミングT92において、タイミング制御回路52は、あらかじめ予測された、発振動作の安定時間+PLL動作の安定時間を待って、モード設定信号SMODをLレベルからHレベルに変化させる。これによりアナログ電源回路40は、アナログ電源電圧VDDA=1.8Vを維持したまま、低ノイズモードである第2のモードにスムーズに切り替わる。これにより発振回路62が生成する発振信号OSCKも低ノイズの信号特性に切り替わり、その後、PLL回路64が生成するクロック信号PLCKも低ノイズの信号特性に切り替わる。ここで時間T92−T91は1msec程度以下である。
タイミングT93において、タイミング制御回路52は、クロック信号PLCKが低ノイズの信号特性に変化する予測時間を待って、出力イネーブル信号OUTENをLレベルからHレベルに変化させる。これにより出力回路80は、PLL回路64からのクロック信号PLCKに基づくクロック信号OUTCKを外部に出力する。この結果、回路装置20の出力端子を介して、低ノイズのクロック信号OUTCKが外部に出力されるようになる。ここで時間T93−T92は10μsec程度以下である。
以上のように図4の本実施形態によれば、電源電圧VDDHの供給がオンになってから、低ノイズのクロック信号OUTCKが回路装置20から出力されるまでの時間は、1.11msec程度以下になる。
また本実施形態ではPLL回路64の周波数変更期間において、アナログ電源回路40は、第2のモードから第1のモードに切り替わる。そして周波数変更期間の終了後にアナログ電源回路40は、第1のモードから第2のモードに切り替わる。周波数変更期間は、PLL回路64がロックするクロック周波数を変更する期間であり、例えば後述の図13において処理回路90が周波数コードを変更することで、クロック周波数の変更が行われる。
具体的には図7では、PLL回路64のクロック信号PLCKのクロック周波数は、周波数f1にロックしている。この状態で、周波数コードによりクロック周波数がf1からf2に変更されると、PLL回路64のクロック周波数は周波数f2にロックするようになる。そして図7に示すように、PLL回路64のクロック周波数がf1にロックしている状態においては、アナログ電源回路40は第2のモードに設定されており、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAがPLL回路64に供給されている。これによりPLL回路64は低ノイズのクロック信号PLCKを生成できる。そして周波数変更期間TFCにおいて、アナログ電源回路40は、低ノイズモードである第2のモードから、高速起動モードである第1のモードに切り替わる。そして周波数変更期間TFCにおいて、周波数f1から周波数f2への周波数変更が行われた後に、アナログ電源回路40は、高速起動モードである第1のモードから低ノイズモードである第2のモードに切り替わる。これによりPLL回路64は、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAが供給されて、周波数f2にロックされた低ノイズのクロック信号PLCKを出力できるようになる。
具体的には、周波数変更期間TFCにおいては、例えばPLL回路64の動作を停止し、動作停止後に、図13の処理回路90が周波数コードを変更して、分周回路70の分周比を変更する。そしてPLL回路64が再起動する際に、アナログ電源回路40の動作モードを、第2のモードから、高速起動モードである第1のモードに切り替える。これにより、PLL回路64での急峻な負荷電流変動に対しても、電圧変動が安定したアナログ電源電圧VDDAを、PLL回路64に供給できるようになり、PLL回路64を高速に再起動させることが可能になる。そしてPLL回路64のクロック周波数が周波数f2にロックすると、アナログ電源回路40の動作モードを、第1のモードから、低ノイズモードである第2のモードに切り替える。これによりPLL回路64は、周波数f2にロックされた低ノイズのクロック信号PLCKを出力できるようになる。このように、図7に示すようなアナログ電源回路40の動作モードの切り替えを行うことで、PLL回路64の周波数変更を短い時間で行って、変更後の周波数f2にロックされた低ノイズのクロック信号PLCKを、PLL回路64から出力できるようになる。
3.電源回路の構成
次に電源回路であるアナログ電源回路40の詳細な構成例につい説明する。図8に、電源電圧であるアナログ電源電圧を生成するアナログ電源回路40の第1の構成例を示す。本実施形態ではアナログ電源回路40は、ノイズ低減用のローパスフィルター44を含む。ローパスフィルター44は例えば抵抗やキャパシターなどの受動素子で構成されるパッシブフィルターである。そして第1のモードは、ローパスフィルター44を信号が通過しないモードである。例えば第1のモードはローパスフィルター44を信号がスルーするモードである。例えば第1のモードでは、当該信号は、ローパスフィルター44の信号経路を通過せずにスイッチSWを介したバイパス経路を通過する。一方、第2のモードは、ローパスフィルター44を信号が通過するモードである。例えば第2のモードでは、当該信号がローパスフィルターの信号経路を通過することで、当該信号に対するローパスフィルター処理が行われる。そしてアナログ電源回路40は、当該信号に基づいてアナログ電源電圧VDDAを生成する。ここで当該信号は、アナログ電源回路40の内部信号である。具体的には図8では、アナログ電源回路40はアナログ電源電圧VDDAを生成するためのアンプ回路42を含み、当該信号はアンプ回路42の出力信号である。
例えば第2のモードは、ローパスフィルター44が動作して、アナログ電源回路40から供給されるアナログ電源電圧VDDAが第1のモードに比べて低ノイズになるモードである。一方、第1のモードは、ローパスフィルター44の信号経路がバイパスされることで、アナログ電源回路40による電源供給の起動が第2のモードに比べて速くなるモードである。例えば第1のモードは、アナログ回路60での負荷電流変動に対して、アナログ電源回路40が追従して、アナログ電源電圧VDDAを安定して供給できるモードである。このようにローパスフィルター44を信号が通過しない第1のモードを設けることで、アナログ回路60での負荷電流変動に対してアナログ電源回路40が追従するようになるため、アナログ電源回路40の電源供給の高速起動が可能になる。またローパスフィルター44を信号が通過する第2のモードを設けることで、ローパスフィルター処理が施されたアナログ電源電圧VDDAが出力されるようになり、低ノイズの電源供給が可能になる。
具体的には図4に示すように、アナログ電源回路40は、アンプ回路42と、駆動用のトランジスターTA1と、ローパスフィルター44と、スイッチSWと、電圧分割回路46を含む。
アンプ回路42は、エラーアンプであり、例えば演算増幅器により実現される。具体的にはアンプ回路42は、第1の入力端子に基準電圧VBGRが入力される。図8では第1の入力端子はアンプ回路42の非反転入力端子になっている。また基準電圧VBGRは、例えばバンドギャップリファレンス回路などの基準電圧生成回路により生成される定電圧である。例えば基準電圧VBGRは1.2V程度である。
トランジスターTA1は、例えば第1導電型であるN型のトランジスターである。トランジスターTA1は、第1の電源ノードであるVDDHのノードと、アナログ電源電圧VDDAの出力ノードNA3との間に設けられる。例えばトランジスターTA1のドレインがVDDHのノードに接続され、ソースが出力ノードNA3に接続される。電源電圧VDDHは例えば3.3Vであり、アナログ電源電圧VDDAは例えば1.8Vである。
ローパスフィルター44は、アンプ回路42の出力端子のノードNA1と、トランジスターTA1のゲートのノードNA2との間に設けられる。例えばアンプ回路42の出力信号は、ローパスフィルター44を介してトランジスターTA1のゲートに入力される。図8では、ローパスフィルター44は、抵抗RB1とキャパシターCB1により構成される1次のRCフィルターである。例えば抵抗RB1は、一端がアンプ回路42のノードNA1に接続され、他端がトランジスターTA1のゲートのノードNA2に接続される。キャパシターCB1は、一端がノードNA2に接続され、他端が低電位側電源電圧であるVSSのノードに接続される。抵抗RB1の抵抗値は例えば20MΩ程度であり、キャパシターCB1の容量値は例えば100pF程度である。なおローパスフィルター44は図8の構成に限定されず、2次や3次のローパスフィルターであってもよい。
スイッチSWは、ローパスフィルター44に対して並列に設けられる。即ちスイッチSWは、アンプ回路42の出力端子のノードNA1と、トランジスターTA1のゲートのノードNA2との間において、ローパスフィルター44に対して並列に設けられる。例えばスイッチSWは、ローパスフィルター44の信号経路をバイパスする信号経路に設けられる。具体的にはスイッチSWの一端は、アンプ回路42の出力端子のノードNA1に接続され、他端は、トランジスターTA1のゲートのノードNA2に接続される。スイッチSWは例えばトランジスターやトランスファーゲートにより実現される。
電圧分割回路46は、アナログ電源電圧VDDAの出力ノードNA3と、第2の電源ノードであるVSSのノードとの間に設けられる。そしてアナログ電源電圧VDDAを分圧した電圧を、アンプ回路42の第2の入力端子へ出力する。図8ではアンプ回路42の第2の入力端子は反転入力端子となっている。具体的には電圧分割回路46は抵抗分割回路であり、アナログ電源電圧VDDAの出力ノードNA3とVSSのノードとの間に直列に設けられる抵抗RA1、RA2を含む。そして抵抗RA1と抵抗RA2の接続ノードであるノードNA4が、アンプ回路42の第2の入力端子に接続される。ノードNA4は電圧分割ノードである。なお本実施形態における接続は、電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることである。電気的な接続は、電気信号による情報の伝達が可能となる接続であり、信号線や能動素子等を介した接続であってもよい。
図8のアナログ電源回路40は、レギュレーター回路として動作する。例えば抵抗RA1、RA2の抵抗値をR1、R2とすると、アナログ電源回路40は、VDDA={(R1+R2)/R2}×VBGRとなる定電圧のアナログ電源電圧VDDAを生成する。
そして本実施形態ではスイッチSWは、第1モードにおいてオンになり、第2モードにおいてオフになる。
具体的にはタイミング制御回路52からのモード設定信号SMODが、論理レベル「0」に対応するLレベルになると、スイッチSWがオンになる。これにより、アンプ回路42の出力信号は、ローパスフィルター44をスルーするようになり、オンになったスイッチSWのバイパス経路を介して、トランジスターTA1のゲートに入力されるようになる。これによりローパスフィルター44の機能がオフになり、アナログ電源回路40は、ローパスフィルター44を有しない通常のレギュレーター回路として動作する。即ちアナログ電源回路40は、後述の図11のデジタル電源回路30と同様の回路構成となり、電源供給の起動が速く、負荷電流変動に対して安定したアナログ電源電圧VDDAを供給可能な電源回路として動作する。
一方、タイミング制御回路52からのモード設定信号SMODが、論理レベル「1」に対応するHレベルになると、スイッチSWがオフになる。これにより、アンプ回路42の出力信号は、ローパスフィルター44を通過するようになり、ローパスフィルター処理後の出力信号が、トランジスターTA1のゲートに入力されるようになる。これによりローパスフィルター44の機能がオンになり、アナログ電源回路40は、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAを生成できるようになる。即ち、アンプ回路42が発生するノイズを、ローパスフィルター44により十分に減衰できるようになり、これにより、低ノイズのアナログ電源電圧VDDAを生成できるようになる。このように図8の構成のアナログ電源回路40によれば、スイッチSWをオン、オフすることで、低ノイズモードである第1のモードと高速起動モードである第2のモードとを簡素に切り替えることが可能になる。
図9にアナログ電源回路40の第2の構成例を示す。図9の構成が図8と異なるのは、駆動用トランジスターが、図8ではN型のトランジスターTA1であるのに対して、図9ではP型のトランジスターTA2になっている点である。ここでN型は第1導電型であり、P型は第2導電型である。また図8では、基準電圧VBGRが入力されるアンプ回路42の第1の入力端子が非反転入力端子になり、ノードNA4が接続されるアンプ回路42の第2の入力端子が反転入力端子になっている。これに対して、図9では、基準電圧VBGRが入力されるアンプ回路42の第1の入力端子が反転入力端子になり、ノードNA4が接続されるアンプ回路42の第2の入力端子が非反転入力端子になっている。
図9のように、駆動用トランジスターをP型のトランジスターTA2にすることで、より高速なアナログ電源回路40の起動が可能になる。一方、駆動用トランジスターがP型のトランジスターTA2であると、電源電圧VDDHのノイズが、アナログ電源電圧VDDAに伝達され易いという欠点があり、この点においては図8の構成の方が有利である。
図10にアンプ回路42の構成例を示す。図10のアンプ回路42は、カレントミラー回路を構成するP型のトランジスターTC1、TC2と、差動対トランジスターであるN型のトランジスターTC3、TC4と、バイアス電流源となるN型のトランジスターTC5を含む。トランジスターTC1、TC2は、VDDHのノードとノードNC1、NC2の間に設けられ、ゲートにノードNC1が接続される。トランジスターTC3、TC4は、ノードNC1、NC2とノードNC3の間に設けられ、トランジスターTC3のゲートが例えば非反転入力端子になり、トランジスターTC4のゲートが例えば反転入力端子になる。トランジスターTC5はノードNC3とVSSのノードとの間に設けられ、ゲートにバイアス電圧VBSが入力される。なおエラーアンプであるアンプ回路42の構成は図10の構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。
図11にデジタル電源回路30の構成例を示す。デジタル電源回路30は、図8のアナログ電源回路40の構成のうち、ローパスフィルター44とスイッチSWを省略した構成になる。具体的にはデジタル電源回路30は、第1の入力端子である非反転入力端子に基準電圧VBGRが入力されるアンプ回路32と、第1の電源ノードであるVDDHのノードと、デジタル電源電圧VDDDの出力ノードND3との間に設けられるトランジスターTD1を含む。トランジスターTD1は例えばN型のトランジスターである。またデジタル電源回路30は、デジタル電源電圧VDDDの出力ノードND3と第2の電源ノードであるVSSのノードとの間に設けられ、デジタル電源電圧VDDDを分圧した電圧を、アンプ回路32の第2の入力端子である反転入力端子へ出力する電圧分割回路36を含む。このような構成のデジタル電源回路30によれば、電源電圧VDDHの立ち上がり時に、高速に起動してデジタル電源電圧VDDDをデジタル回路50に供給できるようになる。
なお図11ではトランジスターTD1がN型のトランジスターになっているが、図9と同様にトランジスターTD1はP型のトランジスターであってもよい。この場合には、基準電圧VBGRが入力されるアンプ回路32の第1の入力端子は反転入力端子になり、ノードND4が接続されるアンプ回路32の第2の入力端子は非反転入力端子になる。
図12にアナログ電源回路40の出力ノイズ特性の例を示す。モード設定信号SMODをHレベルにして、アナログ電源回路40を第2のモードに設定し、ローパスフィルター44の機能をオンにすると、例えば10kHz〜10MHzの帯域において第1のモードに比べて低ノイズになる。このアナログ電源回路40からの低ノイズのアナログ電源電圧VDDAによりアナログ回路60を動作させれば、アナログ回路60自体についても、10kHz〜10MHzの帯域においてノイズを低減できるようになり、アナログ回路60の回路特性を向上でき、例えばアナログ回路60の出力信号の低ノイズ化等を図れるようになる。例えばアナログ回路60によりクロック信号を生成する場合には、クロック信号の位相ノイズ等を低減できるようになる。
4.発振器
図13に本実施形態の発振器4の構成例を示す。発振器4は、本実施形態の回路装置20と振動子10を含む。振動子10は回路装置20に電気的に接続されている。例えば振動子10及び回路装置20を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子10と回路装置20は電気的に接続されている。
振動子10は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子10は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子10は、カット角がATカットやSCカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子10は、SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator)の振動子であってもよい。或いは振動子10は、恒温槽を備える恒温槽型発振器(OCXO)に内蔵されている振動子であってもよいし、恒温槽を備えない温度補償型発振器(TCXO)に内蔵されている振動子であってもよい。なお本実施形態の振動子10は、例えば厚みすべり振動型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現できる。例えば振動子10として、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子等を採用してもよい。
回路装置20は、発振回路62、PLL回路64、出力回路80、処理回路90、インターフェース回路92を含む。発振回路62は振動子10を振動させて発振信号である基準クロック信号RFCKを生成する。例えば回路装置20は、第1、第2の振動子用端子を含み、回路装置20の外付け部品である振動子10の一端が第1の振動子用端子に接続され、振動子10の他端が第2の振動子用端子に接続される。発振回路62は、第1の振動子用端子と第2の振動子用端子の間に設けられた発振用のバッファー回路などを含む。
PLL回路64は、発振回路62からの基準クロック信号RFCKが入力され、基準クロック信号RFCKの周波数を逓倍した周波数のクロック信号PLCKを生成する。図13のPLL回路64は、フラクショナル−N型のPLL(Phase Locked Loop)の回路例である。具体的にはPLL回路64は、比較回路65、チャージポンプ回路66、ローパスフィルター67、発振回路68、バッファー回路69、分周回路70、デルタシグマ変調回路71を含む。
比較回路65は、基準クロック信号RFCKと、クロック信号DVCKとを比較する。具体的には比較回路65は、基準クロック信号RFCKと、発振回路68からのフィードバック信号であるクロック信号DVCKとの位相や周波数の比較を行う。チャージポンプ回路66は、比較回路65の比較結果に基づいてチャージポンプ動作を行う。例えば比較回路65は、基準クロック信号RFCKとクロック信号DVCKの位相比較等を行って、比較結果であるアップ信号とダウン信号を出力信号として出力する。チャージポンプ回路66は、比較回路65の出力信号を出力電流に変換する。即ち、矩形の電圧パルスであるアップ信号とダウン信号を、矩形の電流パルスである出力電流に変換する。ローパスフィルター67は、チャージポンプ回路66の出力信号の平滑化を行って、VCOである発振回路68の発振周波数を制御する制御電圧VCを生成して発振回路68に出力する。具体的にはローパスフィルター67は、チャージポンプ回路66の出力電流を電流電圧変換すると共にフィルター処理を行う。ローパスフィルター67の出力電圧である制御電圧VCは、アップ信号が出力された場合には上昇し、ダウン信号が出力された場合には下降する。
ローパスフィルター67からの制御電圧VCが発振回路68に入力されることで、可変容量素子であるバラクターの容量が変化して、発振回路68の発振周波数が制御される。そして制御電圧VCにより設定される発振周波数の差動の発振信号がバッファー回路69に出力される。バッファー回路69は、差動の発振信号に基づいて、クロック信号PLCKを出力回路80に出力すると共にフィードバック用のクロック信号FDCKを分周回路70に出力する。本実施形態では分周回路70とデルタシグマ変調回路71とによりフラクショナル分周器が構成される。フラクショナル分周器は、PLL回路64の逓倍率の逆数を分周比としてフィードバック用のクロック信号FDCKを分周し、分周後のクロック信号DVCKを比較回路65に出力する。デルタシグマ変調回路71は、分周比の小数部の値をデルタシグマ変調して、整数である変調値を生成する。そして分周比の整数部の値と変調値の加算値が、分周比の設定値として分周回路70に設定される。これによりフラクショナル−N型のPLL回路が実現される。
出力回路80は、LVDS、PECL、HCSL又は差動のCMOSなどの信号波形で、クロック信号を回路装置20の外部に出力する。例えば出力回路80は、LVDS、PECL、HCSL及びCMOSの全ての信号波形のクロック信号が出力可能な回路であってもよい。この場合には出力回路80は、処理回路90により設定された信号波形のクロック信号を出力することになる。
処理回路90は、回路装置20の種々の制御処理や設定処理を行う。例えば処理回路90は、回路装置20の各回路ブロックの制御処理を行う。また処理回路90が、温度補償処理、エージング補正処理、或いはデジタルフィルター処理などのデジタル信号処理を行ってもよい。温度補償処理を行う場合には、例えば温度センサーを設け、処理回路90が、温度センサーからの温度検出情報に基づいて、発振周波数の温度特性を補償する温度補償処理を行い、発振周波数を制御するための周波数制御データを出力する。処理回路90は、ゲートアレイ等の自動配置配線によるASIC(Application Specific Integrated Circuit)の回路により実現できる。或いは処理回路90を、DSP(Digital Signal Processor)、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサーにより実現してもよい。
インターフェース回路92は、I2C(Inter Integrated Circuit)、SPI(Serial Peripheral Interface)などのインターフェースを実現する回路である。即ちインターフェース回路92は、発振器4の外部装置との間のインターフェース処理を行う。
5.電子機器、移動体
図14に、本実施形態の回路装置20を含む電子機器500の構成例を示す。電子機器500は、振動子10、回路装置20、処理装置520を含む。また電子機器500は、アンテナANT、通信インターフェース510、操作インターフェース530、表示部540、メモリー550を含むことができる。振動子10と回路装置20により発振器4が構成される。なお電子機器500は図14の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
電子機器500は、例えば基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する高精度の計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器、或いは車載機器などである。生体情報測定機器は例えば超音波測定装置、脈波計又は血圧測定装置等である。車載機器は自動運転用の機器等である。また電子機器500は、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、ロボット、印刷装置、投影装置、スマートフォン等の携帯情報端末、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などであってもよい。
通信インターフェース510は、アンテナANTを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。プロセッサーである処理装置520は、電子機器500の制御処理や、通信インターフェース510を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。処理装置520の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。操作インターフェース530は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイなどにより実現できる。表示部540は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ELなどのディスプレイにより実現できる。メモリー550は、データを記憶するものであり、その機能はRAMやROMなどの半導体メモリーにより実現できる。
図15に、本実施形態の回路装置20を含む移動体の例を示す。本実施形態の回路装置20は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図15は移動体の具体例としての自動車206を概略的に示している。自動車206には、本実施形態の回路装置20を有する不図示の発振器が組み込まれる。制御装置208は、発振器により生成されたクロック信号により動作する。制御装置208は、例えば車体207の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪209のブレーキを制御する。例えば制御装置208により、自動車206の自動運転を実現してもよい。なお本実施形態の回路装置20が組み込まれる機器は、このような制御装置208には限定されず、自動車206等の移動体に設けられるメーターパネル機器やナビゲーション機器などの種々の車載機器に組み込むことが可能である。
以上に説明したように本実施形態の回路装置は、デジタル回路と、デジタル回路にデジタル電源電圧を供給するデジタル電源回路と、アナログ回路と、アナログ回路にアナログ電源電圧を供給するアナログ電源回路を含む。アナログ電源回路は、動作モードとして、第1のモードと第2のモードとを有し、第1のモードは、第2のモードよりも電源供給の起動が速いモードであり、第2のモードは、第1のモードよりも低ノイズで電源供給を行うモードである。
本実施形態によれば、デジタル回路は、デジタル電源回路から供給されるデジタル電源電圧により動作し、アナログ回路は、アナログ電源回路から供給されるアナログ電源電圧により動作する。そしてアナログ電源回路は、動作モードが第1のモードに設定されると、第2のモードに比べて高速に起動して、アナログ電源電圧をアナログ回路に供給するようになる。一方、アナログ電源回路は、動作モードが第2のモードに設定されると、第1のモードに比べて低ノイズで、アナログ電源電圧をアナログ回路に供給するようになる。このようにすれば、低ノイズよりも高速起動の電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路が第1のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。一方、高速起動よりも低ノイズの電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路が第2のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。従って、高速起動の電源供給が要求される状況と低ノイズの電源供給が要求される状況の両方に対応できる回路装置の提供が可能になる。
また本実施形態では、アナログ電源回路は、ノイズ低減用のローパスフィルターを含み、第1のモードは、ローパスフィルターを信号が通過しないモードであり、第2のモードは、ローパスフィルターを信号が通過するモードであり、アナログ電源回路は、信号に基づいてアナログ電源電圧を生成してもよい。
このようにローパスフィルターを信号が通過しない第1のモードを設けることで、アナログ回路での負荷電流変動に対してアナログ電源回路が追従するようになり、アナログ電源回路の高速起動が可能になる。またローパスフィルターを信号が通過する第2のモードを設けることで、ローパスフィルター処理が施されたアナログ電源電圧が出力されるようになり、低ノイズの電源供給が可能になる。
また本実施形態の回路装置は、デジタル回路と、デジタル回路にデジタル電源電圧を供給するデジタル電源回路と、アナログ回路と、アナログ回路にアナログ電源電圧を供給するアナログ電源回路を含む。そしてアナログ電源回路は、第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、第1の電源ノードとアナログ電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、アンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間に設けられるローパスフィルターを含む。またアナログ電源回路は、アンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間において、ローパスフィルターに対して並列に設けられるスイッチと、アナログ電源電圧の出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、アナログ電源電圧を分圧した電圧を、アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路を含む。そしてスイッチは、第1モードにおいてオンになり、第2モードにおいてオフになる。
本実施形態によれば、デジタル回路は、デジタル電源回路から供給されるデジタル電源電圧により動作し、アナログ回路は、アナログ電源回路から供給されるアナログ電源電圧により動作する。またアナログ電源回路のアンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間に、ローパスフィルターとスイッチとが並列に設けられる。そして第1のモードではスイッチがオンになることで、アンプ回路の出力信号は、オンになったスイッチを介して、トランジスターのゲートに入力されるようになり、アナログ電源回路の高速起動が可能になる。一方、第2のモードではスイッチがオフになることで、アンプ回路の出力信号はローパスフィルターを通過するようになり、ローパスフィルター処理後の出力信号が、トランジスターのゲートに入力されるようになる。これによりアナログ電源回路は、低ノイズの電源電圧を生成できるようになる。このようにすれば、低ノイズよりも高速起動の電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路が第1のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。一方、高速起動よりも低ノイズの電源供給が要求される状況では、アナログ電源回路が第2のモードで動作することで、このような状況に対応できるようになる。従って、高速起動の電源供給が要求される状況と低ノイズの電源供給が要求される状況の両方に対応できる回路装置の提供が可能になる。
また本実施形態では、アナログ電源回路は、第1のモードでアナログ電源電圧をアナログ回路に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧をアナログ回路に供給してもよい。
このようにすればアナログ電源回路は、第1のモードに設定されることで、アナログ電源電圧を短い時間で供給開始できるようになる。そしてアナログ電源電圧の供給開始後に、第2のモードに設定されることで、低ノイズのアナログ電源電圧をアナログ回路に供給できるようになる。
また本実施形態では、アナログ電源回路は、デジタル電源回路がデジタル電源電圧をデジタル回路に供給した後に、動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わってもよい。
このようにすればデジタル回路にデジタル電源電圧が供給されて、デジタル回路による制御処理が可能になった後に、アナログ電源回路の動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わるようになり、デジタル回路による適正な制御処理を実現できるようになる。
また本実施形態では、アナログ回路は、発振により発振信号を生成する発振回路を含み、アナログ電源回路は、第1のモードでアナログ電源電圧を発振回路に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧を発振回路に供給してもよい。
このようにすれば、第1のモードによる速い起動時間でアナログ電源回路による電源供給を開始し、その後に第2のモードによる低ノイズのアナログ電源電圧を発振回路に供給して、発振回路の適正な発振動作を実現できるようになる。
また本実施形態では、アナログ回路は、クロック信号を生成するPLL回路を含み、アナログ電源回路は、第1のモードでアナログ電源電圧をPLL回路に供給した後に、第2のモードでアナログ電源電圧をPLL回路に供給してもよい。
このように第1のモードでアナログ電源電圧をPLL回路に供給することで、PLL回路のPLL動作を高速に起動できるようになる。そして、その後にアナログ電源回路が第2のモードでアナログ電源電圧をPLL回路に供給することで、PLL回路から低ノイズのクロック信号を出力できるようになる。
また本実施形態では、PLL回路の周波数変更期間において、アナログ電源回路は、第2のモードから第1のモードに切り替わり、周波数変更期間の終了後に、アナログ電源回路は、第1のモードから第2のモードに切り替わってもよい。
このようにすれば、PLL回路の周波数変更を短い時間で行って、変更後の周波数にロックされた低ノイズのクロック信号を、PLL回路から出力できるようになる。
また本実施形態では、アナログ回路は、アナログ電源回路からアナログ電源電圧が供給されて出力信号を出力する出力回路を含み、出力回路は、アナログ電源回路が第1のモードから第2モードに切り替わった後に、出力信号を出力してもよい。
このようにすれば、アナログ電源回路が第1のモードから第2のモードに切り替わって、低ノイズのアナログ電源電圧を供給し、これにより出力回路が、低ノイズの出力信号を出力可能になった後に、出力回路が当該出力信号を出力するようになる。
また本実施形態では、アナログ電源回路の動作モードを第1のモード又は第2のモードに設定するタイミング制御回路を含んでもよい。
このようにすればタイミング制御回路の制御の下で、アナログ電源回路の動作モードを、第1のモードに設定して、高速起動を可能にしたり、動作モードを第2のモードに設定して、低ノイズの電源供給を可能にしたりすることができる。
また本実施形態では、デジタル電源回路は、第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、第1の電源ノードと、デジタル電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、デジタル電源電圧の出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、デジタル電源電圧を分圧した電圧を、アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路を含んでもよい。
このような構成のデジタル電源回路によれば、電源電圧の立ち上がり時に、高速に起動してデジタル電源電圧をデジタル回路に供給できるようになる。
また本実施形態は、電源電圧を供給する電源回路であって、第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、第1の電源ノードと電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、アンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間に設けられるローパスフィルターを含む。また電源回路は、アンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間において、ローパスフィルターに対して並列に設けられるスイッチと、電源電圧の出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、電源電圧を分圧した電圧を、アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路を含む。
本実施形態によれば、アンプ回路の出力端子のノードとトランジスターのゲートのノードとの間に、ローパスフィルターとスイッチとが並列に設けられる。そして第1のモードでは例えば当該スイッチを介して、アンプ回路の出力信号を、トランジスターのゲートに入力できるようになり、電源回路の高速起動が可能になる。一方、第2のモードでは、アンプ回路の出力信号がローパスフィルターを通過することで、ローパスフィルター処理後の出力信号が、トランジスターのゲートに入力されるようになる。これにより電源回路は、低ノイズの電源電圧を生成できるようになる。
また本実施形態は、振動子と、上記に記載の回路装置であって、振動子を発振させる発振回路を含む回路装置とを含む発振器に関係する。
また本実施形態は、上記に記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
また本実施形態は、上記に記載の回路装置を含む移動体に関係する。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また回路装置、電源回路、発振器、電子機器、移動体の構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
VDDH…電源電圧、VDDD…デジタル電源電圧、VDDA…アナログ電源電圧、
SMOD…モード設定信号、OSCK…発振信号、OUTCK…クロック信号、
PLCK…クロック信号、OUTEN…出力イネーブル信号、
TFC…周波数変更期間、SW…スイッチ、
RA1、RA2、RB1、RD1、RD2…抵抗、CB1…キャパシター、
TA1、TA2、TC1〜TC5、TD1…トランジスター、
4…発振器、10…振動子、20…回路装置、30…デジタル電源回路、
32…アンプ回路、36…電圧分割回路、40…アナログ電源回路、
42…アンプ回路、44…ローパスフィルター、46…電圧分割回路、
50…デジタル回路、52…タイミング制御回路、60…アナログ回路、
62…発振回路、64…PLL回路、65…比較回路、66…チャージポンプ回路、
67…ローパスフィルター、68…発振回路、69…バッファー回路、
70…分周回路、71…デルタシグマ変調回路、80…出力回路、
90…処理回路、92…インターフェース回路、
206…自動車、207…車体、208…制御装置、209…車輪、
500…電子機器、510…通信インターフェース、520…処理装置、
530…操作インターフェース、540…表示部、550…メモリー

Claims (15)

  1. デジタル回路と、
    前記デジタル回路にデジタル電源電圧を供給するデジタル電源回路と、
    アナログ回路と、
    前記アナログ回路にアナログ電源電圧を供給するアナログ電源回路と、
    を含み、
    前記アナログ電源回路は、
    動作モードとして、第1のモードと第2のモードとを有し、
    前記第1のモードは、前記第2のモードよりも電源供給の起動が速いモードであり、
    前記第2のモードは、前記第1のモードよりも低ノイズで電源供給を行うモードであることを特徴とする回路装置。
  2. 請求項1に記載の回路装置において、
    前記アナログ電源回路は、ノイズ低減用のローパスフィルターを含み、
    前記第1のモードは、前記ローパスフィルターを信号が通過しないモードであり、前記第2のモードは、前記ローパスフィルターを前記信号が通過するモードであり、前記アナログ電源回路は、前記信号に基づいて前記アナログ電源電圧を生成することを特徴とする回路装置。
  3. デジタル回路と、
    前記デジタル回路にデジタル電源電圧を供給するデジタル電源回路と、
    アナログ回路と、
    前記アナログ回路にアナログ電源電圧を供給するアナログ電源回路と、
    を含み、
    前記アナログ電源回路は、
    第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、
    第1の電源ノードと前記アナログ電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、
    前記アンプ回路の出力端子のノードと前記トランジスターのゲートのノードとの間に設けられるローパスフィルターと、
    前記アンプ回路の前記出力端子のノードと前記トランジスターの前記ゲートのノードとの間において、前記ローパスフィルターに対して並列に設けられるスイッチと、
    前記アナログ電源電圧の前記出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、前記アナログ電源電圧を分圧した電圧を、前記アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路と、
    を含み、
    前記スイッチは、
    前記第1モードにおいてオンになり、前記第2モードにおいてオフになることを特徴とする回路装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ電源回路は、
    前記第1のモードで前記アナログ電源電圧を前記アナログ回路に供給した後に、前記第2のモードで前記アナログ電源電圧を前記アナログ回路に供給することを特徴とする回路装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ電源回路は、
    前記デジタル電源回路が前記デジタル電源電圧を前記デジタル回路に供給した後に、動作モードが前記第1のモードから前記第2のモードに切り替わることを特徴とする回路装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ回路は、発振により発振信号を生成する発振回路を含み、
    前記アナログ電源回路は、
    前記第1のモードで前記アナログ電源電圧を前記発振回路に供給した後に、前記第2のモードで前記アナログ電源電圧を前記発振回路に供給することを特徴とする回路装置。
  7. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ回路は、クロック信号を生成するPLL回路を含み、
    前記アナログ電源回路は、
    前記第1のモードで前記アナログ電源電圧を前記PLL回路に供給した後に、前記第2のモードで前記アナログ電源電圧を前記PLL回路に供給することを特徴とする回路装置。
  8. 請求項7に記載の回路装置において、
    前記PLL回路の周波数変更期間において、前記アナログ電源回路は、前記第2のモードから前記第1のモードに切り替わり、
    前記周波数変更期間の終了後に、前記アナログ電源回路は、前記第1のモードから前記第2のモードに切り替わることを特徴とする回路装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ回路は、前記アナログ電源回路から前記アナログ電源電圧が供給されて出力信号を出力する出力回路を含み、
    前記出力回路は、
    前記アナログ電源回路が前記第1のモードから前記第2モードに切り替わった後に、前記出力信号を出力することを特徴とする回路装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記アナログ電源回路の前記動作モードを前記第1のモード又は前記第2のモードに設定するタイミング制御回路を含むことを特徴とする回路装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記デジタル電源回路は、
    第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、
    第1の電源ノードと、前記デジタル電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、
    前記デジタル電源電圧の前記出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、前記デジタル電源電圧を分圧した電圧を、前記アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  12. 電源電圧を供給する電源回路であって、
    第1の入力端子に基準電圧が入力されるアンプ回路と、
    第1の電源ノードと前記電源電圧の出力ノードとの間に設けられるトランジスターと、
    前記アンプ回路の出力端子のノードと前記トランジスターのゲートのノードとの間に設けられるローパスフィルターと、
    前記アンプ回路の前記出力端子のノードと前記トランジスターの前記ゲートのノードとの間において、前記ローパスフィルターに対して並列に設けられるスイッチと、
    前記電源電圧の前記出力ノードと第2の電源ノードとの間に設けられ、前記電源電圧を分圧した電圧を、前記アンプ回路の第2の入力端子へ出力する電圧分割回路と、
    を含むことを特徴とする電源回路。
  13. 振動子と、
    請求項1乃至11のいずれか一項に記載の回路装置であって、前記振動子を発振させる発振回路を含む回路装置と、
    を含むことを特徴とする発振器。
  14. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
  15. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする移動体。
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