JP2840472B2 - 電圧制御発振回路 - Google Patents

電圧制御発振回路

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JP2840472B2
JP2840472B2 JP3060401A JP6040191A JP2840472B2 JP 2840472 B2 JP2840472 B2 JP 2840472B2 JP 3060401 A JP3060401 A JP 3060401A JP 6040191 A JP6040191 A JP 6040191A JP 2840472 B2 JP2840472 B2 JP 2840472B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相ロックループ等に
用いられる電圧制御発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一定周期の基準クロックに対して正確な
周波数追尾を行う位相ロックループにおいては、制御電
圧に応じて発振周波数が変化する電圧制御発振回路と、
この発振回路の発振するクロックを基準クロックと位相
比較する位相比較回路と、位相比較出力を制御電圧とし
て電圧制御発振回路に与えるフィルタとで閉ループが構
成される。このような位相ロックループに用いられるリ
ングオシレータ型の電圧制御発振回路を図4に示す。
【0003】入力に対して反転出力が得られる論理ゲー
トとして、例えばインバータ1が奇数段接続され、最終
段のインバータ1の出力が初段のインバータ1の入力に
帰還されてリングオシレータが構成される。そして、各
インバータ1の接地側には、Nチャンネル型のMOSト
ランジスタ2がそれぞれ直列に接続され、各MOSトラ
ンジスタ2のゲートに発振周波数を決定する制御電圧V
Cが与えられる。従って、各インバータ1に接続された
MOSトランジスタ2のオン抵抗値が制御電圧VCに応
じて変化すると、各インバータ1の遅延量が変化し、こ
のインバータ1の遅延量に比例して自己発振の周期が変
化する。例えば、制御電圧VCを高くすると、各MOS
トランジスタ2のオン抵抗値が低くなり、各インバータ
1に流れる電流が増大して遅延量が小さくなるため、自
己発振の周期が短くなり、発振周波数は高くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各イン
バータ1を構成するMOSトランジスタの相互コンダク
タンスが温度の上昇に伴なって小さくなることから、周
辺温度が上昇すると各MOSトランジスタの駆動能力が
低下して遅延量が大きくなり、その結果として自己発振
周波数が低くなるといった問題を有している。従って、
回路の発振周波数が温度変化に対して安定せず、位相ロ
ックループに用いた場合には、周辺温度の変化により位
相ロックループの同期がはずれる虞が生じる。
【0005】そこで本発明は、温度変化による発振周波
数の変動を減少させ、安定した発振を得ることのできる
電圧制御発振回路の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するためになされたもので、第1の特徴とするとこ
ろは、入力に対して反転出力を得る論理ゲートが奇数段
接続され、最終段の出力が初段の入力に帰還されると共
に、上記論理ゲートの電源側または接地側にMOSトラ
ンジスタが直列に接続され、このMOSトランジスタの
ゲートに与えられる電位に応じて自己発振周波数が変化
する電圧制御発振回路において、上記各論理ゲートの電
源側あるいは接地側の一方に直列に接続されるMOSト
ランジスタのゲートに第1の電位を与えて発振周波数を
制御する制御手段と、上記各論理ゲートの電源側あるい
は接地側の他方に直列に接続されるMOSトランジスタ
のゲートに周辺温度の変化に従う第2の電位を与えて温
度変化による発振周波数の変動を補償する補償手段を備
えたことにある。
【0007】そして第2の特徴とするところは、発振周
波数が可変の電圧制御発振回路において、発振周波数を
決定する一定の電位を周辺温度の変化に従いレベル変換
して互いに極性が逆の第1及び第2の電位を得た後、上
記各論理ゲートの電源側及び接地側にそれぞれ直列に接
続される第1及び第2のMOSトランジスタのゲートに
上記第1及び第2の電位を与えて温度変化による発振周
波数の変動を補償することにある。
【0008】
【作用】本発明によれば、奇数段接続される論理ゲート
の電源側あるいは接地側に接続されるMOSトランジス
タが温度の上昇に伴ないオンする方向に動作してオン抵
抗が小さくなり、各論理ゲートに電流が流れ易くなるた
め、温度上昇によって各論理ゲートを構成するMOSト
ランジスタの相互コンダクタンスの低下が補償され、論
理ゲート自体の駆動能力がほぼ均一に維持される。従っ
て、温度変化に対する発振周波数の変動が減少し、安定
した発振が得られる。
【0009】
【実施例】本発明の電圧制御発振回路を図1に示す。こ
の図において、奇数段接続されるインバータ1及びその
接地側に接続されるNチャンネル型MOSトランジスタ
2は、図4と同一であり、各MOSトランジスタ2のゲ
ートに発振周波数を制御する制御電圧VCが与えられ
る。
【0010】各インバータ1の電源側には、Pチャンネ
ル型のMOSトランジスタ3がそれぞれ直列に接続さ
れ、このMOSトランジスタ3のゲートに温度変化に応
じた補償電圧VRが与えられる。補償電圧VRは、温度変
化によるMOSトランジスタの相互コンダクタンスの変
化を電圧の変化として出力する補償回路10から与えら
れるもので、温度の上昇に伴なって電圧が低下してMO
Sトランジスタ3をオンさせる方向に動作する。この補
償回路10は、電源接地間に直列に接続される抵抗素子
11及びゲートがドレインに接続されるNチャンネル型
MOSトランジスタ12、電源側に並列に接続される2
つのPチャンネル型MOSトランジスタ13,14及び
接地側に接続されるNチャンネル型MOSトランジスタ
15で構成され、MOSトランジスタ13,15のゲー
トに抵抗素子11とMOSトランジスタ12との接続点
が接続され、さらにMOSトランジスタ14のゲートが
MOSトランジスタ13,14とMOSトランジスタ1
5との接続点に接続され、この接続点の電位が補償電圧
Rとして出力される。従って、温度の上昇によってM
OSトランジスタ12の相互コンダクタンスが小さくな
ると、MOSトランジスタ12による電圧降下が大きく
なり、抵抗素子11とMOSトランジスタ12との間の
点の電位が高くなるため、MOSトランジスタ13がオ
フする方向に動作すると共にMOSトランジスタ15が
オンする方向に動作して補償電圧VRが引き下げられ
る。この補償電圧VRが引き下げられると、各インバー
タ1の電源側に接続されたMOSトランジスタ3のオン
抵抗が減少し、各インバータ1に電流が流れ易くなるた
め、温度上昇によって各インバータ1のMOSトランジ
スタの相互コンダクタンスが小さくなったとしても各イ
ンバータ1の遅延量の変化は少なく、発振周波数が大き
く変化することがなくなる。
【0011】このような補償回路10を設けた場合と補
償回路10がない従来の場合との発振周波数の変化を図
2に示す。周辺温度Tが−40℃のときと75℃のとき
との制御電圧VCに対する発振周波数の変化を比較する
と、補償回路10が設けられた場合(実線)の差が補償
回路10がない場合(破線)の差に比して小さくなって
いることが確認できる。具体的には、制御電圧VCが2
Vのとき、補償回路10のない場合、−40℃で19.
3MHzの発振周波数が75℃では12.9MHzとな
るのに対して、補償回路10のある場合には、−40℃
で19.8MHzの発振周波数が75℃で15.9MH
zとなることがシュミレーションにより確認されてい
る。このことから、補償回路10を設けることで、温度
変化による発振周波数の変動を約1/2にできることが
わかる。
【0012】続いて、本発明の他の実施例を図3に示
す。この図においても、奇数段のインバータ1によりリ
ングオシレータが構成され、各インバータ1の接地側及
び電源側には、それぞれNチャンネル型MOSトランジ
スタ2及びPチャンネル型MOSトランジスタ3が接続
される。これらのNチャンネル型MOSトランジスタ2
及びPチャンネル型MOSトランジスタ3のゲートに
は、補償回路20から出力される第1及び第2の制御電
圧VC1,VC2が与えられ、各MOSトランジスタ2,3
のオン抵抗値が制御されることによって発振周波数が制
御される。
【0013】補償回路20は、電源接地間に直列接続さ
れる抵抗素子21、ゲートに制御電圧VCを受けるPチ
ャンネル型MOSトランジスタ22及びゲートがドレイ
ンに接続されるNチャンネル型MOSトランジスタ2
3、電源側に並列に接続される2つのPチャンネル型M
OSトランジスタ24,25及び接地側に接続されるN
チャンネル型MOSトランジスタ26で構成され、MO
Sトランジスタ23のドレイン側がMOSトランジスタ
24,26のゲートに接続されると共に、この電位が第
1の制御電圧VC1として出力され、さらにMOSトラン
ジスタ25のゲートがMOSトランジスタ24,25と
MOSトランジスタ26との接続点に接続されると共
に、この電位が第2の制御電圧VC2として出力される。
ここで得られる第1及び第2の制御電圧VC1,VC2は、
制御電圧VCに従って変動すると共に、温度変化によっ
ても小さい幅で変動する。即ち、制御電圧VCに応じて
MOSトランジスタ22のオン抵抗値が変化するのに加
えて、温度変化によってMOSトランジスタ23の相互
コンダクタンスが変化するため、MOSトランジスタ2
3のドレイン側の電位は、制御電圧VCの変化に従うと
共に温度変化による補償分が加えられることになる。例
えば、温度が上昇した場合、MOSトランジスタ23の
相互コンダクタンスが低下してMOSトランジスタ23
のドレイン側の電位、即ち制御電圧VC1が高くなると共
に、MOSトランジスタ24のオン抵抗値が高くなり、
MOSトランジスタ26のオン抵抗値が低くなって制御
電圧VC2が低くなるため、各MOSトランジスタ2,3
のオン抵抗値が小さくなって各インバータ1に流れる電
流が増大する。従って、温度の上昇によって各インバー
タ1のMOSトランジスタの相互コンダクタンスが低下
しても、インバータ1に流れる電流が増大することでイ
ンバータ1自体の遅延量は一定に維持される。
【0014】以上の構成によれば、インバータ1を構成
するMOSトランジスタの相互コンダクタンスが温度の
上昇によって低下しても、各インバータ1に電流が流れ
易くなることから、インバータ1の遅延量の増大が防止
され、発振周波数が一定に維持される。尚、本実施例に
おいては、インバータ1の電源側に接続されるMOSト
ランジスタ3のゲートに補償電圧VRを与える場合を例
示したが、このMOSトランジスタ3のゲートに制御電
圧VCを与え、接地側に接続されるMOSトランジスタ
2のゲートに補償電圧VRを与えるように構成すること
も可能である。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、温度変化により発振周
波数が変動するのを補償することができ、温度変化に対
して安定した発振を得ることができる。従って、電圧制
御発振回路を用いる位相ロックループにおいては、発振
周波数の変動の減少により回路動作が安定化され、信頼
性が向上される。また、補償回路内の抵抗素子の抵抗値
の設定により、発振周波数の帯域を容易に変更すること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】電圧制御発振回路の特性図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図4】従来の電圧制御発振回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 インバータ 2 Nチャンネル型MOSトランジスタ 3 Pチャンネル型MOSトランジスタ 10,20 補償回路 VC 制御電圧 VR 補償電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 3/354 H03L 1/02 H03K 3/03

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力に対して反転出力を得る論理ゲート
    が奇数段直列に接続され、最終段の論理ゲートの出力が
    初段の論理ゲートの入力に帰還されると共に、上記論理
    ゲートの電源側及び接地側にMOSトランジスタがそれ
    ぞれ直列に接続され、このMOSトランジスタのゲート
    に与えられる電圧に応じて自己発振周波数を変化させる
    電圧制御発振回路において、上記各論理ゲートの電源側
    及び接地側に直列に接続される上記MOSトランジスタ
    の一方のゲートに制御電圧を与えて発振周波数を制御す
    る制御手段と、上記各論理ゲートの電源側及び接地側に
    直列に接続される上記MOSトランジスタの他方のゲー
    トに周辺温度の変化に従う補償電圧を与えて温度変化に
    よる発振周波数の変動を補償する補償手段と、を備え、
    上記補償手段は、電源接地間に抵抗及び第1のMOSト
    ランジスタが直列に接続され、この接続点に、上記第1
    のMOSトランジスタのゲートと電源接地間に直列に接
    続されるPチャンネル型及びNチャンネル型を有する第
    2及び第3のMOSトランジスタのゲートとがそれぞれ
    接続され、上記第2及び第3のMOSトランジスタの接
    続点に第4のMOSトランジスタのゲート及びドレイン
    が接続されると共に、上記第4のMOSトランジスタの
    ドレイン側から上記補償電圧を供給することを特徴とす
    る電圧制御発振回路。
  2. 【請求項2】 入力に対して反転出力を得る論理ゲート
    が奇数段直列に接続され、最終段の論理ゲートの出力が
    初段の論理ゲートの入力に帰還されると共に、上記論理
    ゲートの電源側及び接地側にMOSトランジスタがそれ
    ぞれ直列に接続され、このMOSトランジスタのゲート
    に与えられる電圧に応じて自己発振周波数を変化させる
    電圧制御発振回路において、制御電圧を周辺温度の変化
    に応じて補償した第1及び第2の制御電圧を上記各論理
    ゲートの電源側及び接地側に直列に接続される上記MO
    Sトランジスタの各ゲートにそれぞれ与えて発振周波数
    を制御すると同時に、温度変化による発振周波数の変動
    を補償する補償手段を備え、上記補償手段は、電源接地
    間に抵抗とPチャンネル型及びNチャンネル型を有する
    第1及び第2のMOSトランジスタとが直列に接続さ
    れ、上記第1及び第2のMOSトランジスタの一方のゲ
    ートに上記制御電圧が与えられ、上記第1及び第2のM
    OSトランジスタの接続点から上記第1の制御電圧を供
    給し、その接続点に上記第1及び第2のMOSトランジ
    スタの他方のゲートと電源接地間に直列に接続されるP
    チャンネル型及びNチャンネル型を有する第3及び第4
    のMOSトランジスタのゲートとがそれぞれ接続され、
    上記第3及び第4のMOSトランジスタの接続点に第5
    のMOSトランジスタのゲート及びドレインが接続され
    ると共に、第5のMOSトランジスタのドレイン側から
    上記第2の制御電圧を供給することを特徴とする電圧制
    御発振回路。
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US5945883A (en) * 1996-07-15 1999-08-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Voltage controlled ring oscillator stabilized against supply voltage fluctuations
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