JP3567077B2 - 電圧制御発振器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電圧制御発振器の構成を図3に示す。この従来の電圧制御発振器は、PチャネルMOSトランジスタP1からなる入力部と、NチャネルMOSトランジスタN1,N2からなるカレントミラー回路10と、PチャネルMOSトランジスタP2,P3,P4,P5,P6からなるカレントミラー回路15と、NチャネルMOSトランジスタN3と、3段のインバータ21,22,23からなるリングオシレータ20と、NチャネルMOSトランジスタN4,N5,N6,N7からなるカレントミラー回路24と、インバータ回路25と、を備えている。
【0003】
トランジスタP1は、ゲートに入力信号VCNTを受け、ソースが駆動電源VDDに接続されるように構成されている。カレントミラー回路10のトランジスタN1はドレインとゲートがトランジスタP1のドレインに接続され、ソースが接地電源VSSに接続されるように構成される。またカレントミラー回路10のトランジスタN2のゲートがトランジスタN1のゲートに接続され、ドレインがカレントミラー回路15のトランジスタP2のドレインに接続され、ソースが接地電源VSSに接続されるように構成されている。
【0004】
カレントミラー回路15のトランジスタP2はソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがドレインに接続されるように構成される。またカレントミラー回路15のトランジスタP3,P4,P5,P6はソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがトランジスタP2のゲート(またはドレイン)、すなわちノード17に接続される構成となっている。
【0005】
トランジスタN3はリングオシレータの出力の中心電圧が駆動電源と接地電源との電位差の半分、すなわちVDD/2となるように動作し、ゲートとドレインがカレントミラー回路15のトランジスタP3のドレインに接続される構成となっている。
【0006】
カレントミラー回路24のトランジスタN4は、ドレインおよびゲートがトランジスタN3からのソース、すなわちノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。またカレントミラー回路24のトランジスタN5,N6,N7はソースが接地電源に接続され、ゲートがトランジスタN3からのソース、すなわちノード19に接続される構成となっている。
【0007】
リングオシレータ20はPチャネルトランジスタ21aおよびNチャネルトランジスタ21bから構成される第1段のインバータ21と、Pチャネル22aおよびNチャネルトランジスタ22bから構成される第2段のインバータ22と、Pチャネルトランジスタ23aおよびNチャネルトランジスタ23bから構成される第3段のインバータ23とを有しており、インバータ23の出力端がインバータ21の入力端に接続される構成となっている。
【0008】
トランジスタP4はインバータ21に電流を供給する電流源であって、ソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがノード17に接続され、ドレインがトランジスタ21aのソースに接続される構成となっている。
【0009】
またトランジスタP5はインバータ22に電流を供給する電流源であって、ソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがノード17に接続され、ドレインがトランジスタ22aのソースに接続される構成となっている。
【0010】
また、トランジスタP6は、インバータ23に電流を供給する電流源であって、ソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがノード17に接続され、ドレインがトランジスタ23aのソースに接続される構成となっている。
【0011】
トランジスタN5はインバータ21から電流を引抜く電流源であって、ドレインがトランジスタ21bのソースに接続され、ゲートがノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。
【0012】
またトランジスタN6はインバータ22から電流を引抜く電流源であって、ドレインがトランジスタ22bのソースに接続され、ゲートがノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。
【0013】
またトランジスタN7は、インバータ23から電流を引抜く電流源であって、ドレインがトランジスタ23bのソースに接続され、ゲートがノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。
【0014】
これらのトランジスタN5,N6,N7のゲートがノード19に接続される構成となっているため、トランジスタN5,N6,N7を流れる電流はトランジスタN4によって調整される。
【0015】
また、インバータ回路25の入力端はリングオシレータ20の第1段のインバータ21の出力端に接続され、このインバータ回路25の出力端から電圧制御発振器の出力FOUTが出力される。
【0016】
このように構成された電圧制御発振器12においては、入力信号VCNTの値に基づいてカレントミラー回路10,15,24およびNチャネルMOSトランジスタN3によってノード17とノード19に流れる電流が決定される。そしてこの決定された電流値に基づいて電流源P4,P5,P6,N5,N6,N7によってリングオシレータ20に供給される電流量が決定される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
リングオシレータ20は、供給される電流量が増加するに連れて、より速い周波数で発振する。しかしながら、リングオシレータ20を構成する各インバータ21,22,23の間のノードの電位は、必ずしもVDD/2を中心にサインカーブを描いている訳ではなく、図4に示すような波形を示す。また、図4に示した波形の振幅および動作点の値は、入力信号VCNTの値である電圧に依存する。したがって、電圧制御発振器の出力FOUTのデューティ比を保証することができない。このため、通常は上記出力FOUTを2分周してデューティ比を所定値としたものを電圧制御発振器の出力とすることが考えられる。この場合、リングオシレータ20は、本来要求されている周波数の2倍の周波数で発振させる必要があり、電力が余分に消費されるという問題がある。
【0018】
また上述の従来の電圧発振器においては、発振周波数を速くするために、リングオシレータ20に供給する電流を増やしていくと、リングオシレータ20を構成している各インバータの出力が、VDDとVSSの間でフルスイングするようになってしまう。このとき、出力がフルスイングしているインバータの電流源になっているトランジスタは、飽和領域外で動作していることになる。一般に飽和領域外で動作してトランジスタは、回路的に抵抗と等価であるので電源にノイズある場合、この電源ノイズが飽和領域外で動作しているトランジスタを通して回路内に入り込んでしまい、回路動作に悪影響を及ぼしてしまう。特に、出力波形に対するジッタの影響は大きい。
【0019】
本発明上記事情を考慮してなされたものであって、電源ノイズの影響を受けにくい電圧制御発振器を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明による電圧制御発振器は、入力信号を受ける入力部と、各々がPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタからなる第1乃至第3段のインバータを有し、第3段のインバータの出力端が第1段の入力端に接続されたリングオシレータ回路と、前記リングオシレータの各インバータに電流を供給する、第1導電型のMOSトランジスタからなる第1の電流源と、前記リングオシレータの各インバータから電流を引抜く、前記第1導電型と異なる第2導電型のMOSトランジスタからなる第2の電流源と、第1および第2の電源電圧と前記入力信号の値に基づいて、前記第1の電流源のMOSトランジスタのゲートに印加される電圧および前記第2の電流源のMOSトランジスタのゲートに印加される電圧を決定する電圧決定回路と、前記リングオシレータ回路の第1および第2段のインバータの出力端の電位に基づいて出力信号を出力する出力回路と、を備えたことを特徴とする。
【0021】
なお、前記リングオシレータ回路の各インバータの出力振幅の中心値が前記第1の電源の電圧と前記第2の電源の電圧との差の半分となるように調整する第2導電型のMOSトランジスタを備えることが好ましい。
【0022】
なお、前記第2の電流源の電流を調整する第2導電型のMOSトランジスタを備えることが好ましい。
【0023】
なお、前記電圧決定回路は、2個の第1導電型のMOSトランジスタからなる第1のカレントミラー回路と、2個の第2導電型のMOSトランジスタからなる第2のカレントミラー回路と、を備えることが好ましい。
【0024】
なお。前記出力回路は、前記リングオシレータ回路の第1段のインバータの出力を受ける第1のインバータ回路と、前記リングオシレータ回路の第2段のインバータの出力を受ける第2のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路の出力をセット端子に受け、前記第2のインバータ回路の出力をリセット端子に受ける、2個のNANDゲートからなるRSフリップフロップとを備えることが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明による電圧制御発振器の一実施の形態の構成を図1に示す。この実施の形態の電圧制御発振器は、PチャネルトランジスタP1からなる入力部と、NチャネルトランジスタN1,N2からなるカレントミラー回路10と、PチャネルトランジスタP2,P3,P4からなるカレントミラー回路15と、NチャネルトランジスタN3と、NチャネルトランジスタN4,N5からなるカレントミラー回路24と、3段のインバータ21,22,23からなるリングオシレータ20と、インバータ回路25,27と、RSフリップフロップ30とを備えている。
【0026】
トランジスタP1はゲートに入力信号VCNTを受け、ソースが駆動電源VDDに接続されるように構成されている。カレントミラー回路10のトランジスタN1はドレインとゲートがトランジスタP1のドレインに接続され、ソースが接地電源VSSに接続されるように構成される。またカレントミラー回路10のトランジスタN2のゲートがトランジスタN1のゲートに接続され、ドレインがカレントミラー回路15のトランジスタP2のドレインに接続され、ソースが接地電源VSSに接続されるように構成されている。
【0027】
カレントミラー回路15のトランジスタP2はソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがドレインに接続されるように構成される。またカレントミラー回路15のトランジスタP3,P4はソースが駆動電源VDDに接続され、ゲートがトランジスタP2のゲート(またはドレイン)、すなわちノード17に接続される構成となっている。
【0028】
トランジスタN3はリングオシレータ20の出力の中心電圧が駆動電源と接地電源との電位差の半分、すなわちVDD/2となるように調整するように動作し、ゲートとドレインがカレントミラー回路15のトランジスタP3のドレインに接続される構成となっている。
【0029】
トランジスタN4は、ドレインおよびゲートがトランジスタN3のソース、すなわちノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。またトランジスタN5は、ゲートがトランジスタN3のソース、すなわちノード19に接続され、ソースが接地電源VSSに接続される構成となっている。リングオシレータ20はPチャネルトランジスタ21aおよびチャネルトランジスタ21bから構成される第1段のインバータ21と、Pチャネルトランジスタ22aおよびNチャネルトランジスタ22bから構成される第2段のインバータ22と、Pチャネルトランジスタ23aおよびNチャネルトランジスタ23bから構成される第3段のインバータ23とを有しており、インバータ23の出力端がインバータ21の入力端に接続される構成となっている。
【0030】
トランジスタP4はリングオシレータ20の各インバータ21,22,23に電流を供給する電流源であって、ドレインがトランジスタ21a,22a,23aのソースに接続される構成となっている。このトランジスタP4を流れる電流はカレントミラー回路10,15によって調整される。
【0031】
またトランジスタN5はリングオシレータ20の各インバータ21,22,23から電流を引抜く電流源であって、ドレインがトランジスタ21b,22b,23bのソースに接続される構成となっている。このトランジスタN5を流れる電流はトランジスタN4によって調整される。
【0032】
インバータ回路25はリングオシレータ20の第1段のインバータ21の出力を受け、この出力を反転した信号を、RSフリップフロップ30を構成するNANDゲート30aに送出する。またインバータ回路27はリングオシレータ20の第2段のインバータ22の出力を受け、この出力を反転した信号を、RSフリップフロップ30を構成するNANDゲート30bに送出する。すなわちインバータ回路25の出力はRSフリップフロップ30のセット端子に送られ、インバータ回路27の出力はRSフリップフロップ30のリセット端子に送られる。そしてSRフリップフロップ30の出力が本実施の形態の電圧制御発振器の出力となる。
【0033】
このように構成された本実施の形態の電圧制御発振器においては、リングオシレータ20の各インバータ21,22,23は120°の位相差を持って動作しているとともに、各インバータ21,22,23を流れる電流は電流源となるトランジスタP4,N5によって調整される。すなわち、電流源P4,N5から供給される電流は、その時々に見合った割合で、各インバータ21,22,23に分配される。
【0034】
またある一定の周波数で電圧制御発振器が発振している間の、各インバータ21,22,23に供給される電流の和は一定と考えて良い。このため、各インバータ21,22,23の出力振幅が最大となる入力信号VCNTが入力されたときに、上記出力振幅が駆動電圧VDDと接地電源VSSとの間でフルスイングしないように、ノード17とノード19に流れる電流と、電流源P4,N5のディメンションとを最適化することにより、トランジスタP4,N5を常に飽和領域で動作させることが可能となる。これにより従来の場合に比べて電源ノイズの影響を受けにくくなる。なお、ノード17とノード19を流れる電流は、従来の場合と同様に、入力信号VCNTの値に基づいて、カレントミラー回路10,15によって決定される。
【0035】
本実施の形態において、インバータ21,22,23の出力振幅が最大となる入力信号VCNTが入力されたとき(VCNT=0V)のインバータの出力のシミュレーション結果を図2に示す。なおVSS=0V、VDD=5Vとしてある。図2に示すシミュレーション結果から分かるように、インバータの出力はVDDとVSSとの間でフルスイングしていない。
【0036】
また、各インバータは120°位相差を持つ動作しているので、本実施の形態のようにリングオシレータ20からの出力を異なる2つのノードから取り出して、RSフリップフロップ30にそれぞれ入力し、その出力をFOUTとすると、出力FOUTはデューティー2:1が保証された波形になる。
【0037】
以上説明したように本実施の形態によれば、電源ノイズによるジッタに強く、デューティー2:1を保証した波形を出力することが可能となる為、必要周波数の2倍でリングオシレータを発振させる必要が無くなり、消費電力を削減することが出来る。
【0038】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電源ノイズの影響を受けにくい電圧制御発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電圧制御発振器の一実施の形態の構成を示す回路図。
【図2】実施の形態の効果を説明するグラフ。
【図3】従来の電圧制御発振器の構成を示す回路図。
【図4】従来の電圧制御発振器の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
10,15 カレントミラー回路
17,19 ノード
20 リングオシレータ
21,22,23 インバータ
25,27 インバータ回路
30 RSフリップフロップ
30a,30b NANDゲート
Claims (4)
- 入力信号を受ける入力部と、
各々がPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタからなる直列接続された第1乃至第3段のインバータを有し、第3段のインバータの出力端が第1段のインバータの入力端に接続されたリングオシレータ回路と、
前記リングオシレータの各インバータに電流を供給する、第1導電型のMOSトランジスタからなる第1の電流源と、
前記リングオシレータの各インバータから電流を引抜く、前記第1導電型と異なる第2導電型のMOSトランジスタからなる第2の電流源と、
第1および第2の電源の電圧と前記入力信号の値に基づいて、前記第1の電流源のMOSトランジスタのゲートに印加される電圧および前記第2の電流源のMOSトランジスタのゲートに印加される電圧を決定する電圧決定回路と、
前記リングオシレータ回路の第1段のインバータの出力を受ける第1のインバータ回路と、前記リングオシレータ回路の第2段のインバータの出力を受ける第2のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路の出力をセット端子に受け、前記第2のインバータ回路の出力をリセット端子に受ける、2個のNANDゲートからなるRSフリップフロップとを有し、前記RSフリップフロップから出力信号を出力する出力回路と、
を備えたことを特徴とする電圧制御発振器。 - 前記入力部は、ソースが前記第1の電源に接続されゲートに前記入力信号を受ける第1導電型のMOSトランジスタからなり、
前記第1の電流源のMOSトランジスタはソースが前記第1の電源に接続され、
前記第2の電流源のMOSトランジスタはソースが前記第2の電源に接続され、
前記電圧決定回路は、2個の第1導電型のMOSトランジスタからなる第1のカレントミラー回路と、2個の第2導電型のMOSトランジスタからなる第2のカレントミラー回路と、を備え、
前記第1のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタはソースが前記第1の電源に接続され、ゲートが共通に接続されて前記第1の電流源のMOSトランジスタのゲートに接続され、
前記第2のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタはソースが前記第2の電源に接続され、ゲートが共通に接続されて前記入力部のMOSトランジスタのドレインに接続され、
前記第2のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタの一方はドレインが前記入力部のMOSトランジスタのドレインに接続され、他方はドレインが前記第1のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタの一方のドレインに接続され、
前記第1のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタの他方のドレインは前記第2の電流源のMOSトランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする請求項1記載の電圧制御発振器。 - ドレインとゲートが共通に接続されて前記第1のカレントミラー回路の2個のMOSトランジスタの他方のドレインに接続され、ソースが前記第2の電流源のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記リングオシレータ回路の各インバータの出力振幅の中心値が前記第1の電源の電圧と前記第2の電源の電圧との差の半分となるように調整する第2導電型の第1のMOSトランジスタを備えたことを特徴とする請求項2記載の電圧制御発振器。
- ドレインとゲートが共通に接続されて前記第1のMOSトランジスタのソースに接続されソースが前記第2の電源に接続され、前記第2の電流源の電流を調整する第2導電型の第2のMOSトランジスタを備えたことを特徴とする請求項3記載の電圧制御発振器。
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JP07735898A JP3567077B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 電圧制御発振器 |
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JPH11274900A JPH11274900A (ja) | 1999-10-08 |
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1998
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