JP2646954B2 - 発振回路 - Google Patents

発振回路

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JP2646954B2
JP2646954B2 JP5040802A JP4080293A JP2646954B2 JP 2646954 B2 JP2646954 B2 JP 2646954B2 JP 5040802 A JP5040802 A JP 5040802A JP 4080293 A JP4080293 A JP 4080293A JP 2646954 B2 JP2646954 B2 JP 2646954B2
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博 引地
雅一 稲葉
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発振回路に関し、特に広
い電源電圧範囲で発振が可能な低消費電力のマイクロコ
ンピュータ用のクロック発生用の発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、マイクロコンピュータの応用分野
は産業用のみならず、一般消費者向けのパーソナルコン
ピュータ用CPUや各種の機器の制御用として様々な方
面に広がっている。これらの応用分野のうち、一般に電
源として電池が用いられている携帯機器等では、組込ま
れているマイクロコンピュータに対しても、低電圧動作
が可能であるとともに低消費電力であることが要求され
る。
【0003】この種のマイクロコンピュータでは、上記
低電圧動作における最大の制約事項はクロック発生用の
発振回路であり、低電圧で確実に発振しかつ低消費電力
の発振回路を備えることが要求される。
【0004】従来のこの種の発振回路の一例として、特
開昭61−112405号公報に記載された図4に示す
回路がある。
【0005】従来の発振回路は、図4に示すように、端
子X1,X2との間に発振子(図示省略)を接続し電源
電圧VDの高低にそれぞれ対応する2つの発振ブロック
5,6と、電源電圧VDの上記高低を検出する電圧検出
回路7とを備えて構成されていた。
【0006】発振ブロック5はPチャンネルMOS型の
トランジスタP51,P52と、NチャンネルMOS型
のトランジスタN51,N52とから成る。また、トラ
ンジスタP52,N52は帰還抵抗回路を構成する。発
振ブロック6はトランジスタP61〜P63と、トラン
ジスタN61〜N63とから成る。また、トランジスタ
P63,N63は帰還抵抗回路を構成する。
【0007】次に、従来の発振回路の動作について説明
する。
【0008】まず、電源電圧VDが高い場合には、電圧
検出回路7は出力Aを低レベル’0’に、出力Bを高レ
ベル’1’にそれぞれ設定する。これにより、トランジ
スタN61,N63,P62,P63は遮断するので、
発振ブロック6は動作せず、発振ブロック5のみが動作
する。次に、電源電圧VDが低下すると、電圧検出回路
7は出力Aを高レベル’1’に、出力Bを低レベル’
0’にそれぞれ設定する。これにより、トランジスタN
61,N63,P62,P63は導通するので、発振ブ
ロック5に加えて発振ブロック6も動作する。発振ブロ
ック6の発振用のトランジスタP61,N61のゲート
幅を、発振ブロック5の発振用のトランジスタP51,
N51のゲート幅の数倍に設定して発振ブロック6の利
得を大きくすることにより所要の低電圧動作を可能にす
るというものであった。
【0009】発振ブロック6の発振可能な最低電圧は、
発振用のトランジスタP61,N61の各々のしきい値
電圧の和以上である。一般的には上記しきい値電圧の和
は2V以上となる。一方、電池を電源とする機器の応用
においては、小型化のため、電池の搭載数を例えばマン
ガン乾電池2本以下に低減するという要求が強い。一般
のマンガン乾電池の容量を使い切った状態すなわち放電
終了時の電圧である終止電圧は0.9Vであり、上記し
きい値電圧の和の2V以上を確保するためには上記マン
ガン乾電池を少なくとも3本必要とする。
【0010】集積回路化のプロセスにおいて、上記しき
い値電圧の和を1.8V以下に制御することも可能であ
るが、この場合、リーク電流の増大が避けられない。し
たがって、発振を停止させる低消費電力動作の場合に消
費電力が増加するというものであった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の発振回
路は、発振用のトランジスタが縦続接続されたPおよび
NチャンネルMOSトランジスタにより構成されている
ので、発振可能な最低電圧は上記PおよびNチャンネル
MOSトランジスタの各々のしきい値電圧の和以上とな
り、放電終了時に上記しきい値電圧の和の電圧を確保す
るため、マンガン乾電池電源の機器の応用においては3
本以上の電池を必要とするという欠点があった。また、
集積回路化において、上記電池の要求数を2本以下とす
るため上記しきい値電圧の和の電圧を低減するようなプ
ロセスを適用すると、リーク電流の増大が不可避であ
り、低消費電力動作の場合の消費電力が増加するという
欠点があった。さらに、2つの発振器および電圧検出回
路を必要とするため、チップ上の回路の所要面積が大き
くなりコストアップとなるという欠点があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の発振回路は、
一の入力端および第一の出力端を発振子の第一および第
二の端子にそれぞれ接続し第一および第二の電源間の電
圧である電源電圧が予め定めた切換電圧より高い場合に
発振動作をする第一の発振回路ブロックと、第二の入力
端および第二の出力端を前記第一および第二の端子にそ
れぞれ接続し前記電源電圧が前記切換電圧より低い場合
に発振動作をする第二の発振回路ブロックと、前記第一
および第二の発振回路ブロックのいずれか一方を選択す
る制御回路とを備える発振回路において、前記第二の発
振回路ブロックが、ゲートを前記第一の端子に接続して
前記第二の入力端としドレインを前記第二の端子に接続
して前記第二の出力端とした第一の導電型のデプリーシ
ョン型の第一のトランジスタを備え、前記制御回路が、
ソースを前記第一の電源に接続しゲートを前記第一の端
子に接続しドレインを前記第一のトランジスタのドレイ
ンに接続した第二の導電型の第二のトランジスタと、切
換信号の供給に応答して前記第一および第二の発振回路
ブロックのいずれか一方を切換選択するとともにこの切
換選択のタイミングに同期して切換選択した発振回路ブ
ロックの出力を所定期間停止する出力禁止制御手段とを
備えて構成されている。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の発振回路の第一の実施例を
示す回路図である。
【0014】本実施例の発振回路は、図1に示すよう
に、端子X1,X2との間に発振子(図示省略)を接続
し電源電圧VDの高低にそれぞれ対応する2つの発振ブ
ロック1,2と、電源電圧VDの上記高低により発振ブ
ロック1,2のいずれかを選択して動作させる制御回路
3とを備えて構成されている。
【0015】発振ブロック1はNチャンネルMOS型の
トランジスタN11,N12から成る。発振ブロック2
はデプリーション型のNチャンネルMOS型のトランジ
スタND21とNチャンネルMOS型のトランジスタN
22とから成る。なお、トランジスタND21以外のト
ランジスタはエンハンスメント型である。制御回路3
は、切換信号C,停止信号S,出力制御信号Oに対応し
て発振ブロック1,2の切換、発振動作停止およびクロ
ックCKの出力停止の制御をする論理回路を構成するN
OR回路R31〜N33とインバータI31〜I33
と、発振ブロック1,2に対する電源VDの供給を制御
するPチャンネルMOSトランジスタP31,P32
と、発振ブロック1,2の帰還抵抗を構成するトランジ
スタN31,P33とを備える。
【0016】次に、本実施例の動作について説明する。
【0017】周知のように、トランジスタND21のよ
うなデプリーション型のMOSトランジスタは、ゲート
電圧がしきい値電圧以下の電圧でオンとなるいわゆるノ
ーマリオン特性を有しているので、ノーマリオフ特性で
あるエンハンスメント型のMOSトランジスタに比較し
て本質的により低電圧動作が可能である。また、電源側
のPチャンネルMOSトランジスタとこのデプリーショ
ン型のNチャネルMOSトランジスタとの各々のしきい
値電圧の和の電圧は、両者共エンハンスメント型である
場合に比較して低くすることができる。
【0018】図2は本実施例の回路の動作を示すタイム
チャートである。
【0019】まず、初期状態では、切換信号Cが低レベ
ル’0’であるので、NOR回路R32を経由してトラ
ンジスタN21がオンとなり発振ブロック2が動作す
る。このとき、トランジスタN12はオフ状態であるの
で、発振ブロック1は発振しない。電源電圧VDが設定
値より低い場合には、この初期状態のまま発振ブロック
2が発振を継続する。電源電圧が上記設定値より高い場
合には、次の過程により発振ブロック1に発振動作が切
換えられる。まず、時刻T1で、停止信号Sおよび切換
信号Cが同時に高レベル’1’となり、帰還抵抗を構成
するトランジスタP33,N31がオフとなる。また、
インバータI31を経由した切換信号CによりNOR回
路R31の出力レベルが’0’に、また、停止信号Sに
よりNOR回路R32の出力レベルも’0’となるの
で、発振ブロック1,2は両方共発振を停止する。次
に、時刻T2で、停止信号Sが’0’となると、NOR
回路R31の出力レベルが’1’に、NOR回路R32
の出力レベルが’0’となり、また、帰還抵抗のトラン
ジスタP33,N31がオンとなるので、発振ブロック
1が発振を開始し、NORゲートR33を経由してクロ
ックCKが出力される。
【0020】停止信号Sによる制御は、クロックCKと
切換信号Cとが非同期の場合に、発振ブロック切換によ
る過渡状態によりクロックCK出力が異常となることを
防止するためである。クロックCKと切換信号Cとが同
期している場合には、停止信号Sによる制御は不要であ
り、代りに、出力制御信号OによりNOR回路R33を
制御し、切換の過渡状態の期間TT中のクロックCKの
出力を中断する。
【0021】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。図3は本発明の発振回路の第一の実施例を示す回
路図である。
【0022】本実施例の第一の実施例に対する相違点
は、トランジスタP32の代りに停止信号Sにより端子
X1を接地するNチャンネルMOSトランジスタN32
と、NOR回路R31,R32およびインバータI3
1,I32の代りに切換信号Cの反転信号をトランジス
タN22のゲートに供給するインバータI34とを備え
る制御回路3Aを備えることである。
【0023】動作については第一の実施例と同様であ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発振回路
は、低電圧用の発振器の発振用のトランジスタが縦続接
続されたPチャネルおよびデプリーション型のNチャン
ネルMOSトランジスタにより構成されているので、発
振可能な最低電圧は上記PチャンネルMOSトランジス
タのしきい値電圧とほぼ同等すなわち従来の約半分まで
低減することができるので、マンガン乾電池電源の機器
の応用においては2本の電池の終止電圧で十分発振動作
が可能となるという効果がある。また、集積回路化にお
いて、上記しきい値電圧の和の電圧を低減するようなプ
ロセスの適用が不要となりリークの増大もなく、したが
って低消費電力動作の場合の消費電力の増加もないとい
う効果がある。さらに、2つの発振器の一部のトランジ
スタを共用とするため、チップ上の回路の所要面積を縮
小できコストダウンが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発振回路の第一の実施例を示す回路図
である。
【図2】本実施例の発振回路における動作の一例を示す
タイムチャートである。
【図3】本発明の発振回路の第二の実施例を示す回路図
である。
【図4】従来の発振回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1,2,5,6 発振ブロック 3 制御回路 7 電圧検出回路 N11,N12,ND21,N22,N31,N32,
N51,N52,N61〜N63,P31〜P33,P
51,N52,P61〜P63 トランジスタ I31〜I34 インバータ R31〜R33 NOR回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一の入力端および第一の出力端を発振
    子の第一および第二の端子にそれぞれ接続し第一および
    第二の電源間の電圧である電源電圧が予め定めた切換電
    圧より高い場合に発振動作をする第一の発振回路ブロッ
    クと、第二の入力端および第二の出力端を前記第一およ
    び第二の端子にそれぞれ接続し前記電源電圧が前記切換
    電圧より低い場合に発振動作をする第二の発振回路ブロ
    ックと、前記第一および第二の発振回路ブロックのいず
    れか一方を選択する制御回路とを備える発振回路におい
    て、 前記第二の発振回路ブロックが、ゲートを前記第一の端
    子に接続して前記第二の入力端としドレインを前記第二
    の端子に接続して前記第二の出力端とした第一の導電型
    のデプリーション型の第一のトランジスタを備え、 前記制御回路が、ソースを前記第一の電源に接続しゲー
    トを前記第一の端子に接続しドレインを前記第一のトラ
    ンジスタのドレインに接続した第二の導電型の第二のト
    ランジスタと、切換信号の供給に応答して前記第一およ
    び第二の発振回路ブロックのいずれか一方を切換選択す
    るとともにこの切換選択のタイミングに同期して切換選
    択した発振回路ブロックの出力を所定期間停止する出力
    禁止制御手段とを備えることを特徴とする発振回路。
  2. 【請求項2】 前記第二の発振回路ブロックが、前記第
    一のトランジスタとドレイン前記第一のトランジス
    タのソースにソース前記第二の電源にそれぞれ接続
    た第一の導電型の第三のトランジスタとを備え、 前記第一の発振回路ブロックが、ゲートを前記第一の
    子に接続して前記第一の出力端としドレインを前記第二
    の端子に接続して前記第一の出力端とした第一の導電型
    の第四のトランジスタとドレイン前記第四のトラン
    ジスタのソースにソース前記第二の電源にそれぞれ接
    た第一の導電型の第五のトランジスタとを備え、 前記制御回路が、前記出力禁止制御手段として切換信号
    およびその反転信号を相補的に前記第三および第五のト
    ランジスタのゲートに供給するとともに前記切換信号の
    レベル遷移に同期した停止信号の供給に応答して前記所
    定時間前記切換信号の供給を禁止する第一の論理回路を
    備えることを特徴とする請求項1記載の発振回路。
  3. 【請求項3】 前記制御回路が、ソースを前記第一の電
    にドレインを前記第二の端子にそれぞれ接続た第二
    の導電型の第六のトランジスタと、 ドレインおよびソースをそれぞれ共通接続して成るアナ
    ログスイッチである帰還素子を構成する第二の導電型の
    第七および第一の導電型の第八のトランジスタと、 前記停止信号およびその反転信号を相補的に前記第六,
    第七および第八のトランジスタのゲートに供給する第二
    の論理回路とを備えることを特徴とする請求項2記載の
    発振回路。
  4. 【請求項4】 前記制御回路が、ドレインを前記第二の
    端子にソースを前記第二の電源にそれぞれ接続した第一
    の導電型の第九のトランジスタと、 ドレインおよびソースをそれぞれ共通接続して成るアナ
    ログスイッチである帰還素子を構成する第二の導電型の
    第七および第一の導電型の第八のトランジスタと、 前記停止信号およびその反転信号を相補的に前記第九,
    第七および第八のトランジスタのゲートに供給する第三
    の論理回路とを備えることを特徴とする請求項2記載の
    発振回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5528632A (en) * 1978-08-22 1980-02-29 Seiko Instr & Electronics Ltd Crystal oscillator circuit unit
JPH01246907A (ja) * 1988-03-28 1989-10-02 Mitsubishi Electric Corp 発振回路装置

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