JP3976909B2 - 電圧制御発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロックパルスなどのパルスを発生するとともに、制御電圧によりその周波数が変化できる電圧制御発振器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電圧制御発振器としては、図４に示すようなものが知られている。
【０００３】
この電圧制御発振器は、図４に示すように、２入力のＮＯＲ（ノア）ゲート１とＮＯＲゲート２とからなり、互いにその出力を他の入力として帰還するようにたすき掛けに接続させたラッチ回路３を備えている。
【０００４】
ＮＯＲゲート２の出力信号はスイッチ４ａ、４ｂに供給され、そのスイッチ４ａ、４ｂの各接点の開閉を制御するように構成されている。また、ＮＯＲゲート２の出力信号はインバータ５で反転されてスイッチ６ａ、６ｂに供給され、そのスイッチ６ａ、６ｂの各接点の開閉を制御するように構成されている。さらに、インバータ５の出力からはクロックが取り出せるようになっている。
【０００５】
スイッチ４ａの一端は接地されるとともに、スイッチ４ｂの一端は電流源７に接続されている。また、スイッチ４ａとスイッチ４ｂの各他端は接続され、その接続部がＮＯＲゲート２の入力側に接続されるとともにコンデンサ８の一端と接続されている。コンデンサ８の他端は接地されている。
【０００６】
スイッチ６ａの一端は接地されるとともに、スイッチ６ｂの一端は電流源９に接続されている。また、スイッチ６ａとスイッチ６ｂの各他端は接続され、その接続部がＮＯＲゲート１の入力側に接続されるとともにコンデンサ１０の一端と接続されている。コンデンサ１０の他端は接地されている。
【０００７】
次に、このような構成からなる電圧制御発振器の動作について、図５のタイムチャートを参照して説明する。
いま、図５に示す時刻ｔ０において、図５（Ｅ）に示すようにインバータ５の出力Ｅが「Ｈ」レベルとすると、ＮＯＲゲート２の出力Ｄは「Ｌ」レベル、ＮＯＲゲート１の出力Ｃは「Ｈ」レベルとなる。このときには、スイッチ４ａの接点は図示のように閉状態になり、スイッチ４ｂの接点は図示のように開状態になる。また、スイッチ６ａの接点は図示とは反対に開状態となり、スイッチ６ｂの接点は図示とは反対に閉状態になる。
【０００８】
この結果、ＮＯＲゲート１の一方の入力端子にはコンデンサ１０の充電電圧が入力され、その他方の入力端子にはＮＯＲゲート２の出力Ｄである「Ｌ」レベルが入力される。また、ＮＯＲゲート２の一方の入力端子にはＮＯＲゲート１の出力Ｃである「Ｈ」レベルが入力され、その他方の入力端子はスイッチ４ａを介して接地されて「Ｌ」レベルとなる。
【０００９】
この状態において、コンデンサ１０の充電が進み、時刻ｔ１において、ＮＯＲゲート１の入力Ａがしきい値を超えると、次のような順序によりインバータ５の出力Ｅであるクロック出力が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。
【００１０】
すなわち、ＮＯＲゲート１の入力Ａがしきい値を超えると、まずＮＯＲゲート１の出力Ｃが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。これにより、ＮＯＲゲート２の一方の入力端子が「Ｈ」レベルとなるので、ＮＯＲゲート２の出力Ｄは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。さらに、ＮＯＲゲート２の出力Ｄは、インバータ５で反転されて「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルとなり、クロック出力Ｅが「Ｌ」レベルになる。
【００１１】
これにより、スイッチ４ａの接点は図示とは反対に開状態となり、スイッチ４ｂの接点は図示とは反対に閉状態になる。また、スイッチ６ａの接点は図示のように閉状態、スイッチ６ｂの接点は図示のように開状態になる。
【００１２】
この結果、ＮＯＲゲート１の一方の入力端子はスイッチ６ａを介して接地されて「Ｌ」レベルとなり、その他方の入力端子にはＮＯＲゲート２の出力Ｄである「Ｈ」レベルが入力される。また、ＮＯＲゲート２の一方の入力端子には、ＮＯＲゲート１の出力Ｃである「Ｌ」レベルが入力され、その他方の入力端子にはコンデンサ８の充電電圧が入力される。
【００１３】
次に、この状態において、コンデンサ８の充電が進み、時刻ｔ２において、ＮＯＲゲート２の入力Ｂがしきい値を超えると、次のような順序によりインバータ５の出力Ｅであるクロック出力が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。
【００１４】
すなわち、ＮＯＲゲート２の入力Ｂがしきい値を超えると、まずＮＯＲゲート２の出力Ｄが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。このＮＯＲゲート２の出力Ｄは、インバータ５で反転されて「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルとなり、クロック出力Ｅが「Ｈ」レベルになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電圧制御発振器では、ラッチ回路３の単一出力によりスイッチ４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂを制御するとともに、その単一出力を出力クロックとしているので、上述のように、出力クロックＥの立ち上がりの動作とその立ち下がりの動作とでそのシーケンスが異なる。
【００１６】
このため、ＮＯＲゲート１、２が有するしきい値のばらつき、またはそのしきい値の温度による変動などにより、出力クロックのデューティーに比較的大きな変化が生ずるという不都合がある。
【００１７】
特に、ノイズ対策などのために、ＮＯＲゲート１、２がカレント制御されている場合には、この現象は顕著になる。
また、従来の電圧制御発振器では、ＮＯＲゲート１側とＮＯＲゲート２側の回路構成が対称でないために寄生容量などが非対称となり、これが出力クロックのデューティーに影響を与えるという不都合もあった。
【００１８】
そこで、本発明は、上述の点に鑑み、デューティーの変化の小さな信号を出力できる電圧制御発振器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１のアナログコンパレータと第２のアナログコンパレータとからなり、互いにその出力を他の入力として帰還するようにたすき掛けに接続させてラッチ機能を持たせるようにしたアナログラッチ部と、前記第１のアナログコンパレータの出力に基づいて徐々に電圧が増加する信号を発生させ、この発生信号を前記第２のアナログコンパレータの入力側に制御信号として供給する第１信号発生部と、前記第２のアナログコンパレータの出力に基づいて徐々に電圧が増加する信号を発生させ、この発生信号を前記第１のアナログコンパレータの入力側に制御信号として供給する第２信号発生部と、前記第１のアナログコンパレータの出力と前記第２のアナログコンパレータの出力に基づいてパルスを発生するパルス発生部とを備えるようにした。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電圧制御発振器において、前記第１のアナログコンパレータと前記第２のアナログコンパレータとは、リファレンス電圧をしきい値として動作するＮＯＲ回路としたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態の電圧制御発振器の構成の一例を示す回路図である。
【００２２】
この電圧制御発振器は、図１に示すように、アナログラッチ部２０と、第１信号発生部３０と、第２信号発生部４０と、パルス発生部５０とから構成されている。
【００２３】
アナログラッチ部２０は、２つのアナログコンパレータ２０１、２０２からなり、互いにその出力を他の入力として帰還するようにたすき掛けに接続させてラッチ機能を持たせるように構成されている。換言すると、両アナログコンパレータ２０１、２０２は、その各出力側から「Ｈ」と「Ｌ」レベルの異なる安定状態の信号がそれぞれ出力されるとともに、その各入力側には異なる安定状態を変化させる制御信号がそれぞれ入力されるようになっている。
【００２４】
第１信号発生部３０は、アナログコンパレータ２０１の出力に基づいて直線的に徐々に増加する電圧を発生させ、この電圧をアナログコンパレータ２０２に制御電圧として入力するように構成されている。
【００２５】
第２信号発生部４０は、アナログコンパレータ２０２の出力に基づいて直線的に徐々に増加する電圧を発生させ、この電圧をアナログコンパレータ２０１に制御電圧として入力するように構成されている。
【００２６】
パルス発生部５０は、アナログコンパレータ２０１の出力とアナログコンパレータ２０２の出力に基づいてパルスを発生するように構成されている。
次に、この電圧制御発振器の構成の詳細について、図１および図２を参照して説明する。
【００２７】
アナログラッチ部２０を構成する２つのアナログコンパレータ２０１、２０２は同一の構成からなり、図２（Ａ）に示すように、３つの入力端子１１、１２、１３と、リセット信号（ＲＥＳＥＴ）が入力されるリセット端子１４と、出力端子１５を有し、その入力と出力との関係が図２（Ｂ）になるように構成されている。
【００２８】
図２（Ｂ）からわかるように、このアナログコンパレータ２０１、２０２の各機能は、リファレンス電圧ＲＥＦをしきい値として動作するＮＯＲ回路である。従って、図２（Ｂ）に示すように、例えばリセット入力（ＲＥＳＥＴ）が「Ｌ」の場合において、入力Ａと入力Ｂとがリファレンス電圧ＲＥＦよりも大きな場合には出力Ｏが「Ｌ」となり、入力Ａと入力Ｂとがリファレンス電圧ＲＥＦより小さな場合には出力Ｏは「Ｈ」となる。
【００２９】
このような機能を有するアナログコンパレータ２０１は、その入力端子１１がコンデンサ４０４の一端側に接続され、その入力端子１３がアナログコンパレータ２０２の出力端子１５と接続され、その入力端子１２にリファレンス電圧ＲＥＦが印加されるようになっている。また、アナログコンパレータ２０２は、その入力端子１１がコンデンサ３０４の一端側に接続され、その入力端子１３がアナログコンパレータ２０１の出力端子１５と接続され、その入力端子１２にリファレンス電圧ＲＥＦが印加されるようになっている。
【００３０】
第１信号発生部３０は、図１に示すように、ＮＯＲ回路３０１と、スイッチ３０２ａ、３０２ｂと、電流源３０３と、コンデンサ３０４などから構成されている。
【００３１】
ＮＯＲ回路３０１は、アナログコンパレータ２０１の出力信号とリセット信号（ＲＥＳＥＴ）とが入力側に供給されるように構成されている。スイッチ３０２ａ、３０２ｂは、ＮＯＲ回路３０１の出力によりその接点が開閉動作を行うように構成されている。スイッチ３０２ａはその一端側が接地され、その他端側がコンデンサ３０４の一端側に接続されている。スイッチ３０２ｂは、その一端側が電流源３０３に接続され、その他端側がコンデンサ３０４の一端側に接続されている。コンデンサ３０４の一端側はアナログコンパレータ２０２の入力端子１１に接続され、その他端側が接地されている。
【００３２】
第２信号発生部４０は、図１に示すように、ＮＯＲ回路４０１と、スイッチ４０２ａ、４０２ｂと、電流源４０３と、コンデンサ４０４などから構成されている。
【００３３】
ＮＯＲ回路４０１は、アナログコンパレータ２０２の出力信号とリセット信号（ＲＥＳＥＴ）とが入力側に供給されるように構成されている。スイッチ４０２ａ、４０２ｂは、ＮＯＲ回路４０１の出力によりその接点が開閉動作を行うように構成されている。スイッチ４０２ａはその一端側が接地され、その他端側がコンデンサ４０４の一端側に接続されている。スイッチ４０２ｂは、その一端側が電流源４０３に接続され、その他端側がコンデンサ４０４の一端側に接続されている。コンデンサ４０４の一端側はアナログコンパレータ２０１の入力端子１１に接続され、その他端側がアースされている。
【００３４】
パルス発生部５０は、アナログコンパレータ２０１の出力信号により開閉するスイッチ５０１と、アナログコンパレータ２０２の出力信号により開閉するスイッチ５０２とが、直列に接続されている。そして、スイッチ５０１の一端側は電源に接続されるとともに、スイッチ５０２の一端側は接地され、スイッチ５０１とスイッチ５０２の共通接続部から出力を取り出すように構成されている。
【００３５】
次に、このような構成からなる電圧制御発振器の動作について、図３のタイムチャートを参照して説明する。
いま、図３に示す時刻ｔ０において、図３（Ｅ）に示すようにリセット信号（ＲＥＳＥＴ）が「Ｌ」レベルであり、アナログコンパレータ２０１の出力ｃが「Ｈ」レベルであってアナログコンパレータの出力ｄが「Ｌ」レベルとすると、パルス発生部５０のスイッチ５０１の接点のみが閉状態となるのでパルス発生部５０の出力ｅは「Ｈ」レベルとなる。このときには、ＮＯＲ回路４０１の出力は「Ｈ」レベルとなるので、スイッチ４０２ａの接点は図１とは反対に開状態となり、スイッチ４０２ｂの接点は図１とは反対に閉状態となる。また、ＮＯＲ回路３０１の出力は「Ｌ」レベルとなるので、スイッチ３０２ａの接点は図１のように閉状態となり、スイッチ３０２ｂの接点は図１のように開状態となる。
【００３６】
この結果、アナログコンパレータ２０１の入力端子１１にはコンデンサ４０４の充電電圧が入力され、その入力端子１３にはアナログコンパレータ２０２の出力ｄである「Ｌ」レベルが入力される。また、アナログコンパレータ２０２の入力端子１１はスイッチ３０２ａを介して接地されて「Ｌ」レベルとなり、その入力端子１３にはアナログコンパレータ２０１の出力ｃである「Ｈ」レベルが入力される。
【００３７】
この状態において、コンデンサ４０４の充電が進み、時刻ｔ１において、アナログコンパレータ２０１の入力ａがリファレンス電圧ＲＥＦを超えると、次のような順序によりパルス発生部５０の出力ｅであるクロック出力が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。
【００３８】
すなわち、アナログコンパレータ２０１の入力ａがリファレンス電圧ＲＥＦを超えると、まずアナログコンパレータ２０１の出力ｃが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。これにより、アナログコンパレータ２０２の入力端子１３が「Ｌ」レベルとなるので、アナログコンパレータ２０２の出力ｄは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。さらに、パルス発生部５０のスイッチ５０１の接点は開状態になりスイッチ５０２の接点は閉状態になるので、パルス発生部の出力ｅは「Ｌ」レベルになる。
【００３９】
これにより、スイッチ４０２ａの接点は図１のように閉状態となり、スイッチ４０２ｂの接点は図１のように開状態になる。一方、スイッチ３０２ａ接点は図１とは反対に開状態となり、スイッチ３０２ｂの接点は図１とは反対に閉状態になる。
【００４０】
この結果、アナログコンパレータ２０１の入力端子１１はスイッチ４０２ａを介して接地されて「Ｌ」レベルとなり、その入力端子１３にはアナログコンパレータ２０２の出力ｄである「Ｈ」レベルが入力される。一方、アナログコンパレータ２０２の入力端子１１にはコンデンサ３０４の充電電圧が入力され、その入力端子１３にアナログコンパレータ２０１の出力ｃである「Ｌ」レベルが入力される。
【００４１】
次に、この状態において、コンデンサ３０４の充電が進み、時刻ｔ２において、アナログコンパレータ２０２の入力ｂがリファレンス電圧ＲＥＦを超えると、次のような順序によりパルス発生部５０の出力ｅであるクロック出力が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。
【００４２】
すなわち、アナログコンパレータ２０２の入力ｂがリファレンス電圧ＲＥＦを超えると、図３（Ｄ）に示すように、まずアナログコンパレータ２０２の出力ｄが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する。これにより、アナログコンパレータ２０１の入力端子１３が「Ｌ」レベルとなるので、図３（Ｃ）に示すように、アナログコンパレータ２０１の出力ｃは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。さらに、パルス発生部５０のスイッチ５０１の接点は閉状態になりスイッチ５０２の接点は開状態になるので、図３（Ｅ）に示すように、パルス発生部５０の出力ｅは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルになる。
【００４３】
このような動作により、図３に示すように、出力クロックの立ち上がりシーケンスとその立ち下がりシーケンスを実質的に同じにすることができ、出力クロックのデューティーを５０％にすることができる。
【００４４】
以上説明したように、この実施形態の電圧制御発振器では、アナログコンパレータ２０１とアナログコンパレータ２０２とによりラッチ回路を構成するとともに、両アナログコンパレータは外部からの同一のリファレンス電圧ＲＥＦを用いて駆動するようにした。このため、従来のようにＮＯＲゲートの有するしきい値のばらつき、またはそのしきい値の温度による変動などに起因する出力クロックのデューティーの変化を小さくできる。
【００４５】
また、この実施形態の電圧制御発振器では、アナログコンパレータ２０１にかかる回路構成と、アナログコンパレータ２０２にかかる回路構成とが対称となるように構成したので、出力クロックの立ち上がりシーケンスとその立ち下がりシーケンスを実質的に同じにすることができる。
【００４６】
従って、この実施形態の電圧制御発振器では、出力クロックのデューティーの変動を減少できる上に、そのデューティーを５０％にすることが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ラッチ部を２つのアナログコンパレータで構成するとともに、一方のアナログコンパレータにかかる回路構成と他方のアナログコンパレータにかかる回路構成とが対称となるようにしたので、従来のようなしきい値のばらつきや温度による変動の影響が小さい上に、出力のデューティーの変動を減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成の一例を示す回路図である。
【図２】アナログコンパレータの機能を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態の各部の波形を示すタイムチャートである。
【図４】従来装置の回路図である。
【図５】従来装置の各部の波形を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２０ アナログラッチ部
３０ 第１信号発生部
４０ 第２信号発生部
５０ パルス発生部
２０１、２０２ アナログコンパレータ
３０１、４０１ ＮＯＲ回路
３０２ａ、３０２ｂ スイッチ
３０３、４０３ 電流源
３０４、４０４ コンデンサ
４０２ａ、４０２ｂ スイッチ
５０１、５０２ スイッチ

Claims (2)

1. 第１のアナログコンパレータと第２のアナログコンパレータとからなり、互いにその出力を他の入力として帰還するようにたすき掛けに接続させてラッチ機能を持たせるようにしたアナログラッチ部と、
   前記第１のアナログコンパレータの出力に基づいて徐々に電圧が増加する信号を発生させ、この発生信号を前記第２のアナログコンパレータの入力側に制御信号として供給する第１信号発生部と、
   前記第２のアナログコンパレータの出力に基づいて徐々に電圧が増加する信号を発生させ、この発生信号を前記第１のアナログコンパレータの入力側に制御信号として供給する第２信号発生部と、
   前記第１のアナログコンパレータの出力と前記第２のアナログコンパレータの出力に基づいてパルスを発生するパルス発生部と、
   を備えたことを特徴とする電圧制御発振器。
2. 前記第１のアナログコンパレータと前記第２のアナログコンパレータとは、リファレンス電圧をしきい値として動作するＮＯＲ回路であることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器。

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