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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶発振装置から出力される発振周波数の温度依存性を補償する制御信号を生成する関数発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯型の電子機器の需要が飛躍的に伸びており、該電子機器には基準クロック信号を生成するための小型で且つ高精度な水晶発振装置が必須である。
【0003】
水晶発振装置における水晶発振器の発振周波数は、水晶発振器に用いられる水晶振動子に起因する3次及び1次成分を持つ温度特性を有している。
【0004】
この温度特性を補償する方法には、例えば、水晶発振器に周波数調整素子であるバラクタダイオード(=可変容量ダイオード)を接続し、該バラクタダイオードに水晶発振器の温度特性を補償する3次及び1次の温度特性を持つ制御電圧を印加し、発振周波数の温度特性を安定させる方法がある。
【0005】
しかし、理想的な温度特性を持つ制御電圧Vcを発生させることは技術的に難しく、一般には、擬似的な3次の温度特性を持つ制御電圧を様々な方法で発生させている。
【0006】
以下、従来の3次の温度特性を持つ制御電圧を発生させる関数発生回路について図面を参照しながら説明する。
【0007】
図5は従来の関数発生回路の構成を示しており、1は入力された電気信号のうち最大電圧値を持つ電気信号を出力するMAX回路、2は入力された電気信号のうち最小電圧値を持つ電気信号を出力するMIN回路、Vccは電源電圧、Q1は第1のNPNトランジスタ、Q2は第2のNPNトランジスタ、Q3は第3のNPNトランジスタ、Q7は第4のNPNトランジスタ、Q6は第1のPNPトランジスタ、Q4は第2のPNPトランジスタ、Q5は第3のPNPトランジスタ、Q8は第4のPNPトランジスタ、I1は第13の電流源、I2は第13の電流源I1の2分の1の電流値を持つ第14の電流源、I3は第15の電流源、I4は第15の電流源I3の2分の1の電流値を持つ第16の電流源、y1は周囲温度に比例して減少する第9の電気信号、y2は周囲温度に依存せずに所定値を保持する第10の電気信号、y3は周囲温度に比例して増加する第11の電気信号、y4は周囲温度に依存せずに所定値を保持する第12の電気信号、y5は周囲温度に比例して減少する第13の電気信号、y6は第9の電気信号y1、第10の電気信号y2及び第11の電気信号y3のうち最大電圧値を持つ電気信号を選択し出力された第14の電気信号、y7は第12の電気信号y4、第13の電気信号y5及び第14の電気信号y6のうち最小電圧値を持つ電気信号を選択し出力された第15の電気信号である。第15の電気信号y7が、すなわち温度補償用の制御電圧Vcとなる。
【0008】
MAX回路1は、コレクタに電源電圧Vccが印加され、ベースに第9の電気信号y1が印加され、エミッタが第13の定電流源I1の入力側に接続された第1のNPNトランジスタQ1と、コレクタに電源電圧Vccが印加され、ベースに第10の電気信号y2が印加され、エミッタが第13の定電流源I1の入力側に接続された第2のNPNトランジスタQ2と、コレクタに電源電圧Vccが印加され、ベースに第11の電気信号y3が印加され、エミッタが第13の定電流源I1の入力側に接続された第3のNPNトランジスタQ3と、コレクタとベースとが、第14の定電流源I2の出力側に接続され、エミッタが第13の定電流源I1の入力側に接続され、コレクタに、第9の電気信号y1、第10の電気信号y2及び第11の電気信号y3のうち最大電圧値を選択して第14の電気信号y6として出力する第4のNPNトランジスタQ7とから構成されている。
【0009】
MIN回路2は、ベースが第4のNPNトランジスタQ7のコレクタに接続され、エミッタが第15の定電流源I3の出力側に接続され、コレクタが接地された第1のPNPトランジスタQ6と、ベースに第12の電気信号y4が印加され、エミッタが第15の定電流源I3の出力側に接続され、コレクタが接地された第2のPNPトランジスタQ4と、ベースに第13の電気信号y5が印加され、エミッタが第15の定電流源I3の出力側に接続され、コレクタが接地された第3のPNPトランジスタQ5と、エミッタが第15の定電流源I3の出力側に接続され、コレクタとベースとが、第16の定電流源I4の入力側に接続され、コレクタに、第12の電気信号y4、第13の電気信号y5及び第14の電気信号y6のうち最小電圧値を選択して第15の電気信号y7として出力する第4のPNPトランジスタQ8とから構成されている。
【0010】
以上のように構成されたMAX回路1及びMIN回路2の動作を説明する。
【0011】
MAX回路1における、第1のNPNトランジスタQ1、第2のNPNトランジスタQ2及び第3のNPNトランジスタQ3は、コレクタとエミッタとをお互いに共有し、第14の定電流源I2は、第4のNPNトランジスタQ7を通って第13の定電流源I1に流れ、電流値I2がI1/2に設定されているため、電流値I1の残りの電流値I1/2は、これら第1のNPNトランジスタQ1、第2のNPNトランジスタQ2及び第3のNPNトランジスタQ3のうちベースに最大電圧値が印加されるトランジスタに流れることになる。その結果、第4のNPNトランジスタQ7のベースとエミッタとの間の電位差と、第1のNPNトランジスタQ1、第2のNPNトランジスタQ2及び第3のNPNトランジスタQ3のうちベースに最大電圧値が印加されたトランジスタのベースとエミッタとの間の電位差とは等しくなるため、第4のNPNトランジスタQ7のコレクタ・ベース共通の電圧値は、第9の電気信号y1、第10の電気信号y2及び第11の電気信号y3のうちの最大電圧値と等しくなる。
【0012】
また、MIN回路2における、第1のPNPトランジスタQ6、第2のPNPトランジスタQ4及び第3のPNPトランジスタQ5はエミッタが互いに共有され、コレクタがいずれも接地されているため、第4のPNPトランジスタQ8のコレクタ・ベース共通の電圧は、第1のPNPトランジスタQ6のベース電圧値、第2のPNPトランジスタQ4のベース電圧値及び第3のPNPトランジスタQ5のベース電圧値のうち最小電圧値と等しくなる。
【0013】
このように、3次温度特性の制御電圧Vcを生成する関数発生回路によると、制御電圧Vcとしての第15の電気信号y7を連続した直線状に変化する5本の制御電圧群として出力することにより、温度補償特性の折れ線近似を行うことができる(例えば、特許文献1参照)。
【0014】
【特許文献1】
特開平11−803195号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の関数発生回路は、最終出力である第15の電気信号y7を生成するためには、第9の電気信号y1、第10の電気信号y2、第11の電気信号y3、第12の電気信号y4及び第13の電気信号y5の5つの構成要素が必要であり、それぞれの特性のバラツキが最終出力第15の電気信号y7のバラツキとなるため、近似3次温度特性のバラツキをある程度以内に抑える設計が難しいという問題を有している。
【0016】
また、MAX回路1で第9の電気信号y1、第10の電気信号y2及び第11の電気信号y3のうち最大電圧値を持つ電気信号を選択し、第14の電気信号y6として出力するには、選択される電気信号の最大値の取りうる最小値が、第1のNPNトランジスタQ1、第2のNPNトランジスタQ2及び第3のNPNトランジスタQ3のうちベースに最大電圧値が印加されたトランジスタのベースとエミッタとの間の電位差に第13の電流源I1が動作できうる第13の電流源I1の入出力間の最小電位差を足した電圧値以上でなければならない。
【0017】
MIN回路2で第12の電気信号y4、第13の電気信号y5及び第14の電気信号y6のうち最小電圧値を持つ電気信号を選択し、第15の電気信号y7として出力するには、選択される電気信号の最小値に取りうる最大値が、第1のPNPトランジスタQ6、第2のPNPトランジスタQ4及び第3のPNPトランジスタQ5のうちベースに最小電圧値が印加されたトランジスタのエミッタとベースとの間の電位差に第15の電流源I3が動作できうる第15の電流源I3の入出力間の最小電位差を足した電圧値を電源電圧Vccから引いた電圧値以下でなければならない。
【0018】
これらのことより、NPNトランジスタが非飽和で動作している時の平均的なベースとエミッタとの間の電位差を0.7V、PNPトランジスタが非飽和で動作している時の平均的なエミッタとベースとの間の電位差を0.7V、電流源が動作できうる平均的な電流源入出力間の電位差の最小値を0.2Vとすると、制御電圧Vcの電圧動作範囲は、最小値が0.9V、最大値がVcc−0.9Vとなり、電源電圧Vccから1.8V分を引いた範囲での動作となる。
【0019】
よって、制御電圧Vcの電圧動作範囲に、0.4V分必要であった場合、電源電圧Vccは、2.2V以上にする必要があり、電源電圧Vccを2.0V以下の低電圧で動作させることができないという問題を有している。
【0020】
本発明は、近似3次温度特性電圧の構成要素を減らし、近似3次温度特性電圧のバラツキ要因を低減すると同時に、電源電圧Vccが2.0V以下の低電圧にても、制御電圧Vcを連続した直線状に変化する3本の制御電流群を合成、電流電圧変換することにより、温度補償特性の折れ線近似をバラツキ要因低減及び低電圧動作で行うことを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項1の関数発生回路は、周囲温度に比例して増加する第1の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第1の電流に比例する第1の電気信号が入力され、もう一方の入力に周囲温度に比例して減少する第2の電流に比例する第2の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタで構成された第1の差動電流コンパレータと、第2の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第1の電気信号が入力され、もう一方に第2の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタで構成された第2の差動電流コンパレータと、第1の差動電流コンパレータの第2の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタのドレインと第2の差動電流コンパレータの第1の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタのドレインを接続し、その共通ノードに流れる第3の電流と等価な電流値を有する第4の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第2の電気信号が入力され、もう一方の入力に周囲温度に比例して増加する第5の電流に比例する第3の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタで構成された第3の差動電流コンパレータと、第5の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第2の電気信号が入力され、もう一方に第3の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタで構成された第4の差動電流コンパレータと、第3の差動電流コンパレータの第2の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタのドレインと第4の差動電流コンパレータの第3の電気信号が入力されているPchMOSトランジスタのドレインを接続し、その共通ノードに流れる第6の電流を電流電圧変換する第1の電流電圧変換回路を有し、第3の電流及び第4の電流には、第1の電流と第2の電流のうち最大電流値を有する電流が選択されて流れ、第6の電流には、第4の電流と第5の電流のうち最小電圧値を有する電流が選択されて流れ、第1の電流電圧変換回路において第6の電流を電圧に変換して第4の電気信号として出力する構成を有している。
【0022】
前記構成によって、近似3次温度特性電圧Vcとして出力される第4の電気信号は、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群を、まず第1の電流と第2の電流のうち最大電流値を有する電流を選択して第3の電流及び第4の電流を作り、次に第4の電流と第5の電流のうち最小電流値を有する電流を選択して作られる第6の電流として合成し、この第6の電流を第1の電流電圧変換回路において電圧に変換して作るため、近似3次温度特性電圧の特性バラツキ要因が、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの構成要素のバラツキのみとなり、従来の関数発生回路が、近似3次温度特性電圧Vcを5本の制御電圧群を合成して作っていることで、そのバラツキ要因が5つの構成要素のバラツキであることと比較すると、バラツキ要因を約40%低減することができる。
【0023】
また、前記構成によって、近似3次温度特性電圧Vcとして出力される第4の電気信号の近似精度は、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群で作られていても、第1の電流と第2の電流を選択合成して第3の電流及び第4の電流を作る時及び第4の電流と第5の電流を選択合成して第6の電流を作る時の選択合成部分のまるめ特性を、第1の電気信号、第2の電気信号及び第3の電気信号の温度に対する特性を調整して、第1の差動電流コンパレータ、第2の差動電流コンパレータ、第3の差動電流コンパレータ及び第4の差動電流コンパレータの選択性を変化させることで、調整できるため、5本の制御電圧群を合成して近似3次温度特性電圧Vcを作っている従来の関数発生回路と同精度にすることができる。
【0024】
次に、前記構成によって、第1の電流と第2の電流のうち最大電流値を有する電流を選択して第3の電流を作る際に、この回路が動作する電源電圧Vccの最小電圧値は、第1の電流を供給する電流源が動作できうる第1の電流を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第1の差動電流コンパレータを構成しているPchMOSトランジスタのゲートとソース間の電位差と第1の電気信号と第2の電気信号が同電位になる電圧値を足した電圧値以上、もしくは、第2の電流を供給する電流源が動作できうる第2の電流を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第2の差動電流コンパレータを構成しているPchMOSトランジスタのゲートとソース間の電位差と第1の電気信号と第2の電気信号が同電位になる電圧値を足した電圧値以上である。ここで、電流源が動作できうる平均的な電流入出力間の電位差の最小値を0.2V、PchMOSトランジスタが電流をソースとドレイン間に電流を流すことができる平均的なゲートとソース間のしきい値電圧を0.8V、第1の電気信号と第2の電気信号が同電位になる電圧値を0.4Vとしたとすると、この回路が動作できる電源電圧Vccの最小値は1.4Vとなる。
【0025】
更に、第4の電流と第5の電流を選択合成して第6の電流を作る際に、この回路が動作する電源電圧Vccの最小電圧値は、第4の電流を供給する電流源が動作できうる第4の電流を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第3の差動電流コンパレータを構成しているPchMOSトランジスタのゲートとソース間の電位差と第2の電気信号と第3の電気信号が同電位になる電圧値を足した電圧値以上、もしくは、第5の電流を供給する電流源が動作できうる第5の電流を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第4の差動電流コンパレータを構成しているPchMOSトランジスタのゲートとソース間の電位差と第2の電気信号と第3の電気信号が同電位になる電圧値を足した電圧値以上である。ここで、電流源が動作できうる平均的な電流入出力間の電位差の最小値を0.2V、PchMOSトランジスタが電流をソースとドレイン間に電流を流すことができる平均的なゲートとソース間のしきい値電圧を0.8V、第2の電気信号と第3の電気信号が同電位になる電圧値を0.8Vとしたとすると、この回路が動作できる電源電圧Vccの最小値は1.8Vとなる。
【0026】
これらのことより、本発明の請求項1の関数発生回路は、電源電圧Vccの最小値は、第2の電気信号と第3の電気信号が同電位になる電圧値により律則されており、近似3次温度特性電圧Vcの構成要素である第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群の電流値とは関係がなく、第1の電気信号、第2の電気信号及び第3の電気信号は、ある程度任意に設計することができるので、本発明の関数発生回路は、電源電圧Vccを2.0V以下の低電圧で動作させることができる。
【0027】
また、本発明の請求項2の関数発生回路は、周囲温度に比例して減少する第7の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第7の電流に比例して増加する第5の電気信号が入力され、もう一方の入力に周囲温度に比例して増加する第8の電流に比例して減少する第6の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタで構成された第5の差動電流コンパレータと、第8の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第5の電気信号が入力され、もう一方に第6の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタで構成された第6の差動電流コンパレータと、第5の差動電流コンパレータの第6の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタのドレインと第6の差動電流コンパレータの第5の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタのドレインを接続し、その共通ノードに流れる第9の電流と等価な電流値を有する第10の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第6の電気信号が入力され、もう一方の入力に周囲温度に比例して減少する第11の電流に比例して増加する第7の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタで構成された第7の差動電流コンパレータと、第11の電流を差動増幅のリファレンス電流とし、その一方の入力に第6の電気信号が入力され、もう一方に第7の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタで構成された第8の差動電流コンパレータと、第7の差動電流コンパレータの第6の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタのドレインと第8の差動電流コンパレータの第7の電気信号が入力されているNchMOSトランジスタのドレインを接続し、その共通ノードに流れる第12の電流を電流電圧変換する第1の電流電圧変換回路を有し、第9の電流及び第10の電流には、第7の電流と第8の電流のうち最大電流値を有する電流が選択されて流れ、第12の電流には、第6の電気信号と第7の電気信号の値を比較し、第6の電気信号の値が大きい場合には、第10の電流が選択され、第7の電気信号の値が大きい場合には、第11の電流が選択されて流れ、第1の電流電圧変換回路において第12の電流を電圧に変換して第8の電気信号として出力する構成を有しているが、各電流、電圧の特性の極性が逆転している以外は、本発明の請求項1の関数発生回路と同様の特性及び効果を持っている。
【0028】
また、本発明の請求項3の関数発生回路は、本発明の請求項1の関数発生回路において、第1の差動電流コンパレータ、第2の差動電流コンパレータ、第3の差動電流コンパレータ及び第4の差動電流コンパレータが、PNPトランジスタで構成されている構成となっているが、電源電圧Vccの最小電圧値を計算する要素において、PchMOSトランジスタが電流をソースとドレイン間に電流を流すことができる平均的なゲートとソース間のしきい値電圧0.8Vの部分をPNPトランジスタが非飽和で動作している時の平均的なベースとエミッタとの電位差0.7Vに変更される以外は、本発明の請求項1の関数発生回路と同様の特性及び効果を持っている。
【0029】
また、本発明の請求項4の関数発生回路は、本発明の請求項2の関数発生回路において、第5の差動電流コンパレータ、第6の差動電流コンパレータ、第7の差動電流コンパレータ及び第8の差動電流コンパレータが、NPNトランジスタで構成されている構成となっているが、各電流、電圧の特性の極性が逆転している以外は、本発明の請求項3の関数発生回路と同様の特性及び効果を持っている。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0031】
図1は、本発明の一実施形態における関数発生回路の構成を詳細に示している。3は入力された電流のうち最大電流値を持つ電流を選択し出力するMAX回路、4は入力された電流のうち最小電流値を持つ電流を選択し出力するMIN回路、5はMAX回路3の構成要素である第1の差動電流コンパレータ、6はMAX回路3の構成要素である第2の差動電流コンパレータ、7はMIN回路4の構成要素である第3の差動電流コンパレータ、8はMIN回路4の構成要素である第4の差動電流コンパレータ、9はMAX回路3の出力電流を等価に折り返して出力する第1のカレントミラー回路、10は第1のカレントミラー回路9の出力電流を等価に折り返して出力する第2のカレントミラー回路、11はMIN回路4の出力電流を反転増幅し電圧に変換して出力する電流電圧変換回路、Vccは電源電圧、Vrefは参照電圧、M1は第1のPchMOSトランジスタ、M2は第2のPchMOSトランジスタ、M3は第3のPchMOSトランジスタ、M4は第4のPchMOSトランジスタ、M5は第5のPchMOSトランジスタ、M6は第6のPchMOSトランジスタ、M7は第7のPchMOSトランジスタ、M8は第8のPchMOSトランジスタ、Q9は第5のNPNトランジスタ、Q10は第6のNPNトランジスタ、Q11は第5のPNPトランジスタ、Q12は第6のPNPトランジスタ、R1は第1の抵抗、R2は第1の抵抗R1と等価の抵抗値を持つ第2の抵抗、R3は第1の抵抗R1と等価の抵抗値を持つ第3の抵抗、R4は第4の抵抗、Amp1は第1のオペアンプ、IT1は周囲温度に比例して増加する第1の電流、IT2は周囲温度に比例して減少する第2の電流、IT3はMAX回路3の出力電流である第3の電流、IT4は第2のカレントミラー回路10の出力電流であり第3の電流IT3と等価の電流値を持つ第4の電流、IT5は周囲温度に比例して増加する第5の電流、IT6はMIN回路4の出力電流である第6の電流、IT101は第1の電流IT1に比例する第17の電流、IT201は第2の電流IT2に第1の電流IT1と第17の電流IT101の電流比と等価に比例する第18の電流、IT501は第5の電流IT5に第1の電流IT1と第17の電流IT101の電流比と等価に比例する第19の電流、V1は第17の電流IT101を第1の抵抗R1で電流電圧変換された電気信号であり第1の電流IT1に比例する第1の電気信号、V2は第18の電流IT201を第2の抵抗R2で電流電圧変換された電気信号であり第2の電流IT2に比例する第2の電気信号、V3は第19の電流IT501を第3の抵抗R3で電流電圧変換された電気信号であり第5の電流IT5に比例する第3の電気信号、Vc1は電流電圧変換回路11の出力である第4の電気信号である。第4の電気信号Vc1が、すなわち温度補償用の近似3次温度特性を持った制御電圧Vcとなる。
【0032】
MAX回路3は、ゲートに第2の電気信号V2が印加され、ソースが第1の電流IT1の出力側に接続された第1のPchMOSトランジスタM1とゲートに第1の電気信号V1が印加され、ソースが第1の電流IT1の出力側に接続され、ドレインが接地された第2のPchMOSトランジスタM2で構成された第1の差動電流コンパレータ5とゲートに第1の電気信号V1が印加され、ソースが第2の電流IT2の出力側に接続された第3のPchMOSトランジスタM3とゲートに第2の電気信号V2が印加され、ソースが第2の電流IT2の出力側に接続され、ドレインが接地された第4のPchMOSトランジスタM4で構成された第2の差動電流コンパレータ6とで構成されており、第1の電流IT1と第2の電流IT2を入力電流とし、第1の電気信号V1と第2の電気信号V2とを電流コンパレートの制御電圧とし、第1のPchMOSトランジスタM1のドレインと第3のPchMOSトランジスタM3のドレインが接続され、その共通ノードに流れる電流を第3の電流IT3として出力する。
【0033】
MIN回路4は、ゲートに第2の電気信号V2が印加され、ソースに第4の電流IT4が印加された第5のPchMOSトランジスタM5とゲートに第3の電気信号V3が印加され、ソースが第4の電流IT4の出力側に接続され、ドレインが接地された第6のPchMOSトランジスタM6で構成された第3の差動電流コンパレータ7とゲートに第3の電気信号V3が印加され、ソースが第5の電流IT5の出力側に接続された第7のPchMOSトランジスタM7とゲートに第2の電気信号V2が印加され、ソースが第5の電流IT5の出力側に接続され、ドレインが接地された第8のPchMOSトランジスタM8で構成された第4の差動電流コンパレータ8とで構成されており、第4の電流IT4と第5の電流IT5を入力電流とし、第2の電気信号V2と第3の電気信号V3とを電流コンパレートの制御電圧とし、第5のPchMOSトランジスタM5のドレインと第7のPchMOSトランジスタM7のドレインが接続され、その共通ノードに流れる電流を第6の電流IT6として出力する。
【0034】
第1のカレントミラー回路9は、エミッタが接地され、コレクタとベースが接続され第3の電流IT3が印加された第5のNPNトランジスタQ9とエミッタが接地され、ベースが第5のNPNトランジスタQ9のコレクタとベースに接続され、コレクタが第2のカレントミラー回路10の入力に接続された第6のNPNトランジスタQ10で構成されており、第3の電流IT3を入力電流とし、第6のNPNトランジスタQ10のコレクタに第3の電流IT3と等価の電流を折り返して出力する。尚、第5のNPNトランジスタQ9と第6のNPNトランジスタQ10を、それぞれNchMOSトランジスタに置き換えて構成しても同様の特性及び効果がある。
【0035】
第2のカレントミラー回路10は、エミッタが電源Vccに接続され、コレクタとベースが接続され第1のカレントミラー回路9の出力電流が印加された第5のPNPトランジスタQ11とエミッタが電源Vccに接続され、ベースが第5のPNPトランジスタQ11のコレクタとベースに接続され、コレクタがMIN回路4の入力に接続された第6のPNPトランジスタQ12で構成されており、第1のカレントミラー回路9の出力電流を入力電流とし、第6のPNPトランジスタQ12のコレクタに第1のカレントミラー回路9の出力電流と等価の電流を折り返して第4の電流IT4として出力する。ここで、前記より第1のカレントミラー回路9の出力電流は、第3の電流IT3と等価であるので、第4の電流IT4も第3の電流IT3と等価となる。尚、第5のPNPトランジスタQ11と第6のPNPトランジスタQ12を、それぞれPchMOSトランジスタに置き換えて構成しても同様の特性及び効果がある。
【0036】
電流電圧変換回路11は、正入力に参照電圧Vrefを印加され、負入力に第4の抵抗R4のアノードが接続され第6の電流IT6が印加され、出力に第4の抵抗R4のカソードが接続された第1のオペアンプAmp1で構成されており、第6の電流IT6を入力電流とし、第1のオペアンプAmp1に出力される電気信号を第4の電気信号Vc1として出力する。
【0037】
以上のように構成されたMAX回路3、MIN回路4、第1のカレントミラー回路9、第2のカレントミラー回路10及び電流電圧変換回路11の動作を説明する。
【0038】
MAX回路3における、第1の差動電流コンパレータ5は、第1のPchMOSトランジスタM1と第2のPchMOSトランジスタM2とが差動増幅の構成となっているため、第1の電気信号V1と第2の電気信号V2を比較し、第1の電気信号V1が大きい場合には第1のPchMOSトランジスタM1のドレインに第1の電流IT1を出力し第3のPchMOSトランジスタM3のドレインと共通のノードに第1の電流IT1を流し、第2の電気信号V2が大きい場合には第2のPchMOSトランジスタM2のドレインに第1の電流IT1を出力し接地に第1の電流IT1を流す。次に、第2の差動電流コンパレータ6は、第3のPchMOSトランジスタM3と第4のPchMOSトランジスタM4とが差動増幅の構成となっているため、第1の電気信号V1と第2の電気信号V2を比較し、第1の電気信号V1が大きい場合には第4のPchMOSトランジスタM4のドレインに第2の電流IT2を出力し接地に第2の電流IT2を流し、第2の電気信号V2が大きい場合には第3のPchMOSトランジスタM3のドレインに第2の電流IT2を出力し第1のPchMOSトランジスタM1のドレインと共通のノードに第2の電流IT2を流す。
【0039】
ここで、図6の(a)は、第1の電流IT1、第2の電流IT2、第5の電流IT5、第17の電流IT101、第18の電流IT201及び第19の電流IT501それぞれについて温度に対する特性を表した図、図6の(b)は、第1の電気信号V1、第2の電気信号V2及び第3の電気信号V3それぞれについて温度に対する特性を表した図である。第1の電気信号V1及び第2の電気信号V2は、それぞれ下記(1)式、(2)式で表すことができる。
【0040】
V1=IT101×R1 ・・・(1)
V2=IT201×R2 ・・・(2)
(1)式、(2)式において、第17の電流IT101は第1の電流IT1に比例しており、第18の電流IT201は第2の電流IT2に第17の電流IT101と第1の電流IT1の電流比に等価に比例しており、第1の抵抗R1と第2の抵抗R2は同じ抵抗値なので、第1の電気信号V1は第1の電流IT1に比例し、第2の電気信号V2は第2の電流IT2に第1の電気信号V1と第1の電流IT1の比に等価に比例する。よって、図6(a)、(b)のように、第1の電流IT1と第2の電流IT2の温度に対する大小関係及び第1の電流IT1と第2の電流IT2が同一値となる温度T1と第1の電気信号V1と第2の電気信号V2の温度に対する大小関係及び第1の電気信号V1と第2の電気信号V2が同一値となる温度T1は同じである。
【0041】
これらのことより、MAX回路3の電流出力には、第1の電流IT1と第2の電流IT2のうち最大電流値を有する電流が選択されて第3の電流IT3として出力され、温度に対して図6(c)に示すような特性となる。図6(c)において、第3の電流IT3が第1の電流IT1と第2の電流IT2が同一値となる温度T1付近で折れ線的に接続されていないのは、第1の差動電流コンパレータ5及び第2の差動電流コンパレータ6の差動特性による電流選択性のまるめ効果によるものである。尚、このまるめ効果は、第1の電気信号V1の温度に対する変化比及び第2の電気信号V2の温度に対する変化比を調整し、第1の差動電流コンパレータ5の差動特性による電流選択性及び第2の差動電流コンパレータ6の差動特性の電流選択性を調整することにより、任意に調整できる。
【0042】
第1のカレントミラー回路9と第2のカレントミラー回路10は、それぞれ第3の電流IT3と等価な電流を折り返して出力し、MIN回路4の入力に第4の電流IT4を印加する。
【0043】
MIN回路4における、第3の差動電流コンパレータ7は、第5のPchMOSトランジスタM5と第6のPchMOSトランジスタM6とが差動増幅の構成となっているため、第2の電気信号V2と第3の電気信号V3を比較し、第2の電気信号V2が小さい場合には第5のPchMOSトランジスタM5のドレインに第4の電流IT4を出力し第7のPchMOSトランジスタM7のドレインと共通のノードに第4の電流IT4を流し、第3の電気信号V3が小さい場合には第6のPchMOSトランジスタM6のドレインに第4の電流IT4を出力し接地に第4の電流IT4を流す。次に、第4の差動電流コンパレータ8は、第7のPchMOSトランジスタM7と第8のPchMOSトランジスタM8とが差動増幅の構成となっているため、第2の電気信号V2と第3の電気信号V3を比較し、第2の電気信号V2が小さい場合には第8のPchMOSトランジスタM8のドレインに第5の電流IT5を出力し接地に第5の電流IT5を流し、第3の電気信号V3が小さい場合には第7のPchMOSトランジスタM7のドレインに第5の電流IT5を出力し第5のPchMOSトランジスタM5のドレインと共通のノードに第5の電流IT5を流す。
【0044】
ここで、第3の電気信号V3は、それぞれ下記(3)式で表すことができる。
【0045】
V3=IT501×R3 ・・・(3)
(3)式において、第19の電流IT501は第5の電流IT5に第18の電流IT201と第2の電流IT2の電流比に等価に比例しており、第3の抵抗R3と第2の抵抗R2は同じ抵抗値なので、第3の電気信号V3は第5の電流IT5に第2の電気信号V2と第2の電流IT2の比に等価に比例する。よって、図6(a)、(b)のように、第2の電流IT2と第5の電流IT5の温度に対する大小関係及び第2の電流IT2と第5の電流IT5が同一値となる温度T2と第2の電気信号V2と第3の電気信号V3の温度に対する大小関係及び第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同一値となる温度T2は同じである。更に、第4の電流IT4は、図6の(c)に示すように、温度T2付近で第2の電流IT2と等価であるので、第4の電流IT4と第5の電流IT5の温度に対する大小関係及び第4の電流IT4と第5の電流IT5が同一値となる温度T2と第2の電気信号V2と第3の電気信号V3の温度に対する大小関係及び第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同一値となる温度T2は同じである。
【0046】
これらのことより、MIN回路4の電流出力には、第4の電流IT4と第5の電流IT5のうち最小電流値を有する電流が選択されて第6の電流IT6として出力され、温度に対して図6(d)に示すような特性となる。図6(d)において、第6の電流IT6が第4の電流IT4と第5の電流IT5が同一値となる温度T2付近で折れ線的に接続されていないのは、第3の差動電流コンパレータ7及び第4の差動電流コンパレータ8の差動特性による電流選択性のまるめ効果によるものである。尚、このまるめ効果は、第2の電気信号V2の温度に対する変化比及び第3の電気信号V3の温度に対する変化比を調整し、第3の差動電流コンパレータ7の差動特性による電流選択性及び第4の差動電流コンパレータ8の差動特性の電流選択性を調整することにより、任意に調整できる。
【0047】
ここまでのことより、第1の電流IT1、第2の電流IT2、第5の電流IT5、第1の電気信号V1、第2の電気信号V2及び第3の電気信号V3の温度特性を調整することにより、図6(d)に示すような温度に対して近似的な3次特性で変化する電流として、第6の電流IT6を出力することができる。
【0048】
電流電圧変換回路11は、前記構成により典型的な反転増幅電流電圧変換アンプになっている。その変換ゲインは、第4の抵抗R4で決まり、第1のオペアンプAmp1の負入力に印加される第6の電流IT6を、下記の式(4)の関係で電圧に変換し、第4の電気信号Vc1として出力する。
【0049】
Vc1=−R4×IT6+Vref ・・・(4)
図6(e)は、第4の電気信号Vc1の温度特性を示しており、第6の電流IT6の温度特性と反転の近似3次温度特性となっている。この第4の電気信号Vc1を、すなわち温度補償用の近似3次温度特性を持った制御電圧Vcとして使用する。
【0050】
以上のように本実施形態によれば、近似3次温度特性電圧Vcとして出力される第4の電気信号Vc1は、第1の電流IT1、第2の電流IT2及び第5の電流IT5の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群を、まず第1の電流IT1と第2の電流IT2のうち最大電流値を有する電流を選択して第3の電流IT3及び第4の電流IT4を作り、次に第4の電流IT4と第5の電流IT5のうち最小電流値を有する電流を選択して作られる第6の電流IT6として合成し、この第6の電流IT6を電流電圧変換回路11において電圧に変換して作るため、近似3次温度特性電圧の特性バラツキ要因が、第1の電流IT1、第2の電流IT2及び第5の電流IT5の3つの構成要素のバラツキのみとなり、従来の関数発生回路が、近似3次温度特性電圧Vcを5本の制御電圧群を合成して作っていることで、そのバラツキ要因が5つの構成要素のバラツキであることと比較すると、バラツキ要因を約40%低減することができる。
【0051】
また、本実施形態によれば、近似3次温度特性電圧Vcとして出力される第4の電気信号Vc1の近似精度は、第1の電流IT1、第2の電流IT2及び第5の電流IT5の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群で作られていても、第1の電流IT1と第2の電流IT2を選択合成して第3の電流IT3及び第4の電流IT4を作る時及び第4の電流IT4と第5の電流IT5を選択合成して第6の電流IT6を作る時の選択合成部分のまるめ効果を、第1の電気信号V1、第2の電気信号V2及び第3の電気信号V3の温度に対する特性を調整して、第1の差動電流コンパレータ5、第2の差動電流コンパレータ6、第3の差動電流コンパレータ7及び第4の差動電流コンパレータ8の選択性を変化させることで、調整できるため、5本の制御電圧群を合成して近似3次温度特性電圧Vcを作っている従来の関数発生回路と同精度にすることができる。
【0052】
次に、本実施形態によれば、第1の電流IT1と第2の電流IT2のうち最大電流値を有する電流を選択して第3の電流IT3を作る際に、この回路が動作する電源電圧Vccの最小電圧値は、第1の電流IT1を供給する電流源が動作できうる第1の電流IT1を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第1の差動電流コンパレータ5を構成している第1のPchMOSトランジスタM1もしくは第2のPchMOSトランジスタM2のゲートとソース間の電位差と第1の電気信号V1と第2の電気信号V2が同電位になる電圧値を足した電圧値以上、もしくは、第2の電流IT2を供給する電流源が動作できうる第2の電流IT2を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第2の差動電流コンパレータ6を構成している第3のPchMOSトランジスタM3もしくは第4のPchMOSトランジスタのゲートとソース間の電位差と第1の電気信号V1と第2の電気信号V2が同電位になる電圧値を足した電圧値以上である。ここで、電流源が動作できうる平均的な電流入出力間の電位差の最小値を0.2V、PchMOSトランジスタが電流をソースとドレイン間に電流を流すことができる平均的なゲートとソース間のしきい値電圧を0.8V、第1の電気信号V1と第2の電気信号V2が同電位になる電圧値を0.4Vとしたとすると、この回路が動作できる電源電圧Vccの最小値は1.4Vとなる。
【0053】
更に、第4の電流IT4と第5の電流IT5を選択合成して第6の電流IT6を作る際に、この回路が動作する電源電圧Vccの最小電圧値は、第4の電流IT4を供給する電流源が動作できうる第4の電流IT4を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第3の差動電流コンパレータ7を構成している第5のPchMOSトランジスタM5もしくは第6のPchMOSトランジスタM6のゲートとソース間の電位差と第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同電位になる電圧値を足した電圧値以上、もしくは、第5の電流IT5を供給する電流源が動作できうる第5の電流IT5を供給する電流源の入出力間の最小電位差と第4の差動電流コンパレータ8を構成している第7のPchMOSトランジスタM7もしくは第8のPchMOSトランジスタM8のゲートとソース間の電位差と第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同電位になる電圧値を足した電圧値以上である。ここで、電流源が動作できうる平均的な電流入出力間の電位差の最小値を0.2V、PchMOSトランジスタが電流をソースとドレイン間に電流を流すことができる平均的なゲートとソース間のしきい値電圧を0.8V、第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同電位になる電圧値を0.8Vとしたとすると、この回路が動作できる電源電圧Vccの最小値は1.8Vとなる。
【0054】
これらのことより、本実施形態の関数発生回路は、電源電圧Vccの最小値は、第2の電気信号V2と第3の電気信号V3が同電位になる電圧値により律則されており、近似3次温度特性電圧Vcの構成要素である第1の電流IT1、第2の電流IT2及び第5の電流IT5の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群の電流値とは関係がなく、第1の電気信号V1、第2の電気信号V2及び第3の電気信号V3は、ある程度任意に設計することができるので、本実施形態の関数発生回路は、電源電圧Vccを2.0V以下の低電圧で動作させることができる。
【0055】
(実施形態の第1の変形例)
以下、本発明の一実施形態の第1変形例を図面に基づいて説明する。
【0056】
図2は一実施形態の第1変形例に係る関数発生回路の構成を詳細に示している。図2において、図1に示す構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。12は入力された電流のうち最大電流値を持つ電流を選択し出力するMAX回路、13は入力された電流のうち最小電流値を持つ電流を選択し出力するMIN回路、14はMAX回路12の構成要素である第5の差動電流コンパレータ、15はMAX回路12の構成要素である第6の差動電流コンパレータ、16はMIN回路13の構成要素である第7の差動電流コンパレータ、17はMIN回路13の構成要素である第8の差動電流コンパレータ、M9は第1のNchMOSトランジスタ、M10は第2のNchMOSトランジスタ、M11は第3のNchMOSトランジスタ、M12は第4のNchMOSトランジスタ、M13は第5のNchMOSトランジスタ、M14は第6のNchMOSトランジスタ、M15は第7のNchMOSトランジスタ、M16は第8のNchMOSトランジスタ、R5は第5の抵抗、R6は第5の抵抗R5と等価の抵抗値を持つ第6の抵抗、R7は第5の抵抗R5と等価の抵抗値を持つ第7の抵抗、IT7は周囲温度に比例して減少する第7の電流、IT8は周囲温度に比例して増加する第8の電流、IT9はMAX回路12の出力電流である第9の電流、IT10は第1のカレントミラー回路9の出力電流であり第9の電流IT9と等価の電流値を持つ第10の電流、IT11は周囲温度に比例して減少する第11の電流、IT12はMIN回路13の出力電流である第12の電流、IT701は第7の電流IT7に比例する第20の電流、IT801は第8の電流IT8に第7の電流IT7と第20の電流IT701の電流比と等価に比例する第21の電流、IT1101は第11の電流IT11に第7の電流IT7と第20の電流IT701の電流比と等価に比例する第22の電流、V4は第20の電流IT701を第5の抵抗R5で電流電圧変換された電気信号であり第7の電流IT7に逆極性に比例する第5の電気信号、V5は第21の電流IT801を第6の抵抗R6で電流電圧変換された電気信号であり第8の電流IT8に逆極性に比例する第6の電気信号、V6は第22の電流IT1101を第7の抵抗R7で電流電圧変換された電気信号であり第11の電流IT11に逆極性に比例する第7の電気信号、Vc2は電流電圧変換回路11の出力である第8の電気信号である。第8の電気信号Vc2が、すなわち温度補償用の近似3次温度特性を持った制御電圧Vcとなる。
【0057】
MAX回路12は、ゲートに第6の電気信号V5が印加され、ソースが第7の電流IT7の入力側に接続された第1のNchMOSトランジスタM9とゲートに第5の電気信号V4が印加され、ソースが第7の電流IT7の入力側に接続され、ドレインが電源Vccに接続された第2のNchMOSトランジスタM10で構成された第5の差動電流コンパレータ14とゲートに第5の電気信号V4が印加され、ソースが第8の電流IT8の入力側に接続された第3のNchMOSトランジスタM11とゲートに第6の電気信号V5が印加され、ソースが第8の電流IT8の入力側に接続され、ドレインが電源Vccに接続された第4のNchMOSトランジスタM12で構成された第6の差動電流コンパレータ15とで構成されており、第7の電流IT7と第8の電流IT8を入力電流とし、第5の電気信号V4と第6の電気信号V5とを電流コンパレートの制御電圧とし、第1のNchMOSトランジスタM9のドレインと第3のNchMOSトランジスタM11のドレインが接続され、その共通ノードに流れる電流を第9の電流IT9として出力する。
【0058】
MIN回路13は、ゲートに第6の電気信号V5が印加され、ソースに第10の電流IT10が印加された第5のNchMOSトランジスタM13とゲートに第7の電気信号V6が印加され、ソースが第10の電流IT10の入力側に接続され、ドレインが電源Vccに接続された第6のNchMOSトランジスタM14で構成された第7の差動電流コンパレータ16とゲートに第7の電気信号V6が印加され、ソースが第11の電流IT11の入力側に接続された第7のNchMOSトランジスタM15とゲートに第6の電気信号V5が印加され、ソースが第11の電流IT11の入力側に接続され、ドレインが電源Vccに接続された第8のNchMOSトランジスタM16で構成された第8の差動電流コンパレータ17とで構成されており、第10の電流IT10と第11の電流IT11を入力電流とし、第6の電気信号V5と第7の電気信号V6とを電流コンパレートの制御電圧とし、第5のNchMOSトランジスタM13のドレインと第7のNchMOSトランジスタM15のドレインが接続され、その共通ノードに流れる電流を第12の電流IT12として出力する。
【0059】
第1のカレントミラー回路9と第2のカレントミラー回路10は、図1の実施形態の関数発生回路とは、接続の順番を反対に接続する構成にすることにより、第2のカレントミラー回路10の入力に入力された第9の電流IT9と等価な電流を第1のカレントミラー回路9の出力に第10の電流IT10として出力する。尚、第5のNPNトランジスタQ9と第6のNPNトランジスタQ10をNchMOSトランジスタに、第5のPNPトランジスタQ11と第6のPNPトランジスタQ12をPchMOSトランジスタに、それぞれ置き換えて構成しても同様の特性及び効果がある。
【0060】
電流電圧変換回路11は、第12の電流IT12を入力電流とし、第1のオペアンプAmp1に出力される電気信号を第8の電気信号Vc2として出力する。
【0061】
このように構成し、第7の電流IT7が第5の電流IT5に、第8の電流IT8が第2の電流IT2、第11の電流IT11が第1の電流IT1に対応し尚且つ極性を反転させた特性にすることで、本発明の一実施形態の第1変形例の関数発生回路は、前記一実施形態の関数発生回路と各電流の特性の極性が反転している以外は、同様の特性及び効果がある。
【0062】
(実施形態の第2の変形例)
以下、本発明の一実施形態の第2変形例を図面に基づいて説明する。
【0063】
図3は一実施形態の第2変形例に係る関数発生回路の構成を詳細に示している。図3において、図1に示す構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0064】
Q13は第7のPNPトランジスタ、Q14は第8のPNPトランジスタ、Q15は第9のPNPトランジスタ、Q16は第10のPNPトランジスタ、Q17は第11のPNPトランジスタ、Q18は第12のPNPトランジスタ、Q19は第13のPNPトランジスタ、Q20は第14のPNPトランジスタである。
【0065】
ここで、本実施形態の第2変形例の関数発生回路は、図1の第1のPchMOSトランジスタM1を第7のPNPトランジスタQ13に、第2のPchMOSトランジスタM2を第8のPNPトランジスタQ14に、第3のPchMOSトランジスタM3を第9のPNPトランジスタQ15に、第4のPchMOSトランジスタM4を第10のPNPトランジスタQ16に、第5のPchMOSトランジスタM5を第11のPNPトランジスタQ17に、第6のPchMOSトランジスタM6を第12のPNPトランジスタQ18に、第7のPchMOSトランジスタM7を第13のPNPトランジスタQ19に、第8のPchMOSトランジスタM8を第14のPNPトランジスタQ20に置き換えた構成となっており、前記一実施形態の関数発生回路と同様の特性及び効果がある。
【0066】
(実施形態の第3の変形例)
以下、本発明の一実施形態の第3変形例を図面に基づいて説明する。
【0067】
図4は一実施形態の第3変形例に係る関数発生回路の構成を詳細に示している。図4において、図1及び図2に示す構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0068】
Q21は第7のNPNトランジスタ、Q22は第8のNPNトランジスタ、Q23は第9のNPNトランジスタ、Q24は第10のNPNトランジスタ、Q25は第11のNPNトランジスタ、Q26は第12のNPNトランジスタ、Q27は第13のNPNトランジスタ、Q28は第14のNPNトランジスタである。
【0069】
ここで、本実施形態の第3変形例の関数発生回路は、図2の第1のNchMOSトランジスタM9を第7のNPNトランジスタQ21に、第2のNchMOSトランジスタM10を第8のNPNトランジスタQ22に、第3のNchMOSトランジスタM11を第9のNPNトランジスタQ23に、第4のNchMOSトランジスタM12を第10のNPNトランジスタQ24に、第5のNchMOSトランジスタM13を第11のNPNトランジスタQ25に、第6のNchMOSトランジスタM14を第12のNPNトランジスタQ26に、第7のNchMOSトランジスタM15を第13のNPNトランジスタQ27に、第8のNchMOSトランジスタM16を第14のNPNトランジスタQ28に置き換えた構成となっており、前記一実施形態の第1変形例の関数発生回路と同様の特性及び効果がある。
【0070】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、近似3次温度特性電圧Vcを、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群を、まず第1の電流と第2の電流のうち最大電流値を有する電流を選択して第3の電流及び第4の電流を作り、次に第4の電流と第5の電流のうち最小電流値を有する電流を選択して作られる第6の電流として合成し、この第6の電流を第1の電流電圧変換回路において電圧に変換して作るため、近似3次温度特性電圧の特性バラツキ要因が、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの構成要素のバラツキのみとなり、従来の関数発生回路が、近似3次温度特性電圧Vcを5本の制御電圧群を合成して作っていることで、そのバラツキ要因が5つの構成要素のバラツキであることと比較すると、バラツキ要因を約40%低減することができる関数発生回路であり、
また、近似3次温度特性電圧Vcが、第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群を合成し電流電圧変換した電圧で作られていても、5本の制御電圧群を合成して近似3次温度特性電圧Vcを作っている従来の関数発生回路と同精度の3次近似にすることができる関数発生回路であり、
また、電源電圧Vccの最小値が、第2の電気信号と第3の電気信号が同電位になる電圧値により律則されており、近似3次温度特性電圧Vcの構成要素である第1の電流、第2の電流及び第5の電流の3つの連続した直線状に変化する3本の制御電流群の電流値とは関係がなく、第1の電気信号、第2の電気信号及び第3の電気信号は、ある程度任意に設計することができるので、電源電圧Vccを2.0V以下の低電圧で動作させることができる関数発生回路である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における関数発生回路の構成図
【図2】本発明の一実施形態の第1の変形例における関数発生回路の構成図
【図3】本発明の一実施形態の第2の変形例における関数発生回路の構成図
【図4】本発明の一実施形態の第3の変形例における関数発生回路の構成図
【図5】従来の関数発生回路の構成図
【図6】本発明の一実施形態における関数発生回路の各部の電圧及び電流の温度に対する特性図
【符号の説明】
1、3、12 MAX回路
2、4、13 MIN回路
5 第1の差動電流コンパレータ
6 第2の差動電流コンパレータ
7 第3の差動電流コンパレータ
8 第4の差動電流コンパレータ
9 第1のカレントミラー回路
10 第2のカレントミラー回路
11 電流電圧変換回路
14 第5の差動電流コンパレータ
15 第6の差動電流コンパレータ
16 第7の差動電流コンパレータ
17 第8の差動電流コンパレータ
Vcc 電源電圧
Vref 参照電圧
Amp1 第1のオペアンプ
IT1 第1の電流
IT2 第2の電流
IT3 第3の電流
IT4 第4の電流
IT5 第5の電流
IT6 第6の電流
IT7 第7の電流
IT8 第8の電流
IT9 第9の電流
IT10 第10の電流
IT11 第11の電流
IT12 第12の電流
IT101 第17の電流
IT201 第18の電流
IT501 第19の電流
IT701 第20の電流
IT801 第21の電流
IT1101 第22の電流
V1 第1の電気信号
V2 第2の電気信号
V3 第3の電気信号
Vc1 第4の電気信号(=制御電圧Vc)
V4 第5の電気信号
V5 第6の電気信号
V6 第7の電気信号
Vc2 第8の電気信号(=制御電圧Vc)
R1 第1の抵抗
R2 第2の抵抗
R3 第3の抵抗
R4 第4の抵抗
R5 第5の抵抗
R6 第6の抵抗
R7 第7の抵抗
M1 第1のPchMOSトランジスタ
M2 第2のPchMOSトランジスタ
M3 第3のPchMOSトランジスタ
M4 第4のPchMOSトランジスタ
M5 第5のPchMOSトランジスタ
M6 第6のPchMOSトランジスタ
M7 第7のPchMOSトランジスタ
M8 第8のPchMOSトランジスタ
M9 第1のNchMOSトランジスタ
M10 第2のNchMOSトランジスタ
M11 第3のNchMOSトランジスタ
M12 第4のNchMOSトランジスタ
M13 第5のNchMOSトランジスタ
M14 第6のNchMOSトランジスタ
M15 第7のNchMOSトランジスタ
M16 第8のNchMOSトランジスタ
Q9 第5のNPNトランジスタ
Q10 第6のNPNトランジスタ
Q11 第5のPNPトランジスタ
Q12 第6のPNPトランジスタ
Q13 第7のPNPトランジスタ
Q14 第8のPNPトランジスタ
Q15 第9のPNPトランジスタ
Q16 第10のPNPトランジスタ
Q17 第11のPNPトランジスタ
Q18 第12のPNPトランジスタ
Q19 第13のPNPトランジスタ
Q20 第14のPNPトランジスタ
Q21 第7のNPNトランジスタ
Q22 第8のNPNトランジスタ
Q23 第9のNPNトランジスタ
Q24 第10のNPNトランジスタ
Q25 第11のNPNトランジスタ
Q26 第12のNPNトランジスタ
Q27 第13のNPNトランジスタ
Q28 第14のNPNトランジスタ
y1 第9の電気信号
y2 第10の電気信号
y3 第11の電気信号
y4 第12の電気信号
y5 第13の電気信号
y6 第14の電気信号
y7 第15の電気信号(=制御電圧Vc)
Q1 第1のNPNトランジスタ
Q2 第2のNPNトランジスタ
Q3 第3のNPNトランジスタ
Q4 第2のPNPトランジスタ
Q5 第3のPNPトランジスタ
Q6 第1のPNPトランジスタ
Q7 第4のNPNトランジスタ
Q8 第4のPNPトランジスタ
I1 第13の定電流源
I2 第14の定電流源
I3 第15の定電流源
I4 第16の定電流源
I8 第5の定電流源
I9 第6の定電流源
T0 3次温度特性の中心温度
T1 第1の電流と第2の電流が同一値となる温度
T2 第4の電流と第5の電流が同一値となる温度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a function generation circuit that generates a control signal that compensates for temperature dependence of an oscillation frequency output from a crystal oscillation device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for portable electronic devices has increased dramatically, and a small and highly accurate crystal oscillation device for generating a reference clock signal is essential for the electronic devices.
[0003]
The oscillation frequency of the crystal oscillator in the crystal oscillation device has temperature characteristics having third-order and first-order components caused by the crystal resonator used in the crystal oscillator.
[0004]
As a method for compensating for this temperature characteristic, for example, a varactor diode (= variable capacitance diode) that is a frequency adjusting element is connected to a crystal oscillator, and the third and first order compensates the temperature characteristic of the crystal oscillator to the varactor diode. There is a method of stabilizing the temperature characteristics of the oscillation frequency by applying a control voltage having temperature characteristics.
[0005]
However, it is technically difficult to generate the control voltage Vc having an ideal temperature characteristic, and in general, a control voltage having a pseudo third-order temperature characteristic is generated by various methods.
[0006]
A function generating circuit for generating a control voltage having a third-order temperature characteristic will be described below with reference to the drawings.
[0007]
FIG. 5 shows a configuration of a conventional function generating circuit, wherein 1 is a MAX circuit that outputs an electric signal having the maximum voltage value among input electric signals, and 2 is a minimum voltage value among input electric signals. MIN circuit for outputting electrical signals, Vcc is a power supply voltage, Q1 is a first NPN transistor, Q2 is a second NPN transistor, Q3 is a third NPN transistor, Q7 is a fourth NPN transistor, and Q6 is a first NPN transistor PNP transistor, Q4 is the second PNP transistor, Q5 is the third PNP transistor, Q8 is the fourth PNP transistor, I1 is the thirteenth current source, and I2 is half of the thirteenth current source I1. A fourteenth current source having a current value, I3 is a fifteenth current source, I4 is a sixteenth current source having a current value half that of the fifteenth current source I3, and y1 is proportional to the ambient temperature. Decrease A second electric signal y2 is a tenth electric signal that maintains a predetermined value without depending on the ambient temperature, y3 is an eleventh electric signal that increases in proportion to the ambient temperature, and y4 depends on the ambient temperature. 12 is a twelfth electric signal that holds a predetermined value, y5 is a thirteenth electric signal that decreases in proportion to the ambient temperature, y6 is a ninth electric signal y1, a tenth electric signal y2, and an eleventh electric signal. The fourteenth electric signal output by selecting the electric signal having the maximum voltage value among y3 and y7 is the minimum voltage value among the twelfth electric signal y4, the thirteenth electric signal y5 and the fourteenth electric signal y6. This is a fifteenth electric signal selected and output from the electric signal. The fifteenth electric signal y7 becomes the control voltage Vc for temperature compensation.
[0008]
The
[0009]
The MIN circuit 2 includes a first PNP transistor Q6 having a base connected to the collector of the fourth NPN transistor Q7, an emitter connected to the output side of the fifteenth constant current source I3, and a collector grounded. The twelfth electric signal y4 is applied, the emitter is connected to the output side of the fifteenth constant current source I3, the collector is grounded, and the thirteenth electric signal y5 is applied to the base. The emitter is connected to the output side of the fifteenth constant current source I3, the collector is grounded, the third PNP transistor Q5, the emitter is connected to the output side of the fifteenth constant current source I3, and the collector and base Is connected to the input side of the sixteenth constant current source I4, and the collector has the minimum voltage value among the twelfth electric signal y4, the thirteenth electric signal y5 and the fourteenth electric signal y6. And a fourth PNP transistor Q8 and outputting as an electric signal y7 of the 15 selected.
[0010]
The operation of the
[0011]
In the
[0012]
Further, in the MIN circuit 2, the first PNP transistor Q6, the second PNP transistor Q4, and the third PNP transistor Q5 have the emitters shared with each other and the collectors are all grounded, so that the fourth PNP transistor Q8 The common voltage of the collector and base of the first PNP transistor Q6, the base voltage value of the second PNP transistor Q4, and the base voltage value of the third PNP transistor Q5 are equal to the minimum voltage value.
[0013]
Thus, according to the function generation circuit that generates the control voltage Vc of the third-order temperature characteristic, the fifteenth electric signal y7 as the control voltage Vc is output as a group of five control voltages that change in a continuous linear shape. Thus, a polygonal line approximation of the temperature compensation characteristic can be performed (for example, see Patent Document 1).
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-11-803195
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to generate the fifteenth electric signal y7 as the final output, the conventional function generating circuit has a ninth electric signal y1, a tenth electric signal y2, an eleventh electric signal y3, and a twelfth electric signal. Electrical signal y4 and thirteenth electrical signal y5 are required, and variations in their characteristics become variations in the final output 15th electrical signal y7. The problem is that it is difficult to keep the design within a certain range.
[0016]
Further, the
[0017]
Select to select the electric signal having the minimum voltage value among the twelfth electric signal y4, the thirteenth electric signal y5, and the fourteenth electric signal y6 in the MIN circuit 2 and output as the fifteenth electric signal y7. The maximum value that can be taken as the minimum value of the electrical signal is the emitter and base of the first PNP transistor Q6, the second PNP transistor Q4, and the third PNP transistor Q5 that have the minimum voltage applied to the base. The voltage value obtained by adding the minimum potential difference between the input and output of the fifteenth current source I3 that can operate the fifteenth current source I3 to the potential difference between and the power supply voltage Vcc must be equal to or less than the voltage value.
[0018]
Thus, the potential difference between the average base and emitter when the NPN transistor is operating in a non-saturation state is 0.7 V, and the average emitter when the PNP transistor is operating in a non-saturation state Assuming that the potential difference from the base is 0.7 V and the minimum value of the average potential difference between the input and output of the current source that can operate the current source is 0.2 V, the voltage operation range of the control voltage Vc is zero. .9V, the maximum value is Vcc-0.9V, and the operation is within a range obtained by subtracting 1.8V from the power supply voltage Vcc.
[0019]
Therefore, when 0.4 V is required in the voltage operation range of the control voltage Vc, the power supply voltage Vcc needs to be 2.2 V or more, and the power supply voltage Vcc is operated at a low voltage of 2.0 V or less. Have the problem of not being able to.
[0020]
The present invention reduces the components of the approximate tertiary temperature characteristic voltage and reduces the variation factor of the approximate tertiary temperature characteristic voltage. At the same time, the control voltage Vc is continuously applied even when the power supply voltage Vcc is a low voltage of 2.0 V or less. It is an object of the present invention to perform the approximation of the polygonal line of the temperature compensation characteristic by reducing the variation factor and performing the low voltage operation by synthesizing and converting the currents to the three control current groups changing linearly.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
To achieve this object, the function generating circuit of
[0022]
With the above-described configuration, the fourth electric signal output as the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc has three controls that change in three continuous straight lines of the first current, the second current, and the fifth current. First, the current having the maximum current value is selected from the first current and the second current to create the third current and the fourth current, and then the fourth current and the fifth current are selected. Since a current having the minimum current value is selected and synthesized as a sixth current, and the sixth current is converted into a voltage by the first current-voltage conversion circuit, the approximate third-order temperature characteristic voltage The characteristic variation factor is only the variation of the three components of the first current, the second current, and the fifth current, and the conventional function generation circuit converts the approximate tertiary temperature characteristic voltage Vc into five control voltage groups. As a result of synthesizing the product, there are five components Compared to that a variation, it is possible to reduce variation factors of about 40%.
[0023]
In addition, with the above configuration, the approximation accuracy of the fourth electric signal output as the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc changes in three continuous straight lines of the first current, the second current, and the fifth current. Even when the control current group is made up of three control current groups, the first current and the second current are selectively combined to produce the third current and the fourth current, and the fourth current and the fifth current. Adjusting the rounding characteristic of the selective synthesis portion when the sixth current is selectively synthesized by adjusting the characteristics of the first electric signal, the second electric signal, and the third electric signal with respect to the temperature. Since it can be adjusted by changing the selectivity of the differential current comparator, the second differential current comparator, the third differential current comparator, and the fourth differential current comparator, the five control voltage groups are synthesized. A conventional function generating circuit for producing an approximate third-order temperature characteristic voltage Vc It is possible to accuracy.
[0024]
Next, when the current having the maximum current value is selected from the first current and the second current to generate the third current by the above configuration, the minimum voltage value of the power supply voltage Vcc at which this circuit operates is The minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the first current that can operate the current source that supplies the first current and the gate and the source of the PchMOS transistor that constitutes the first differential current comparator Or a second current that can operate the current source that supplies the second current is greater than or equal to a voltage value obtained by adding the voltage value at which the first electric signal and the second electric signal have the same potential. The minimum potential difference between the input and output of the current source, the potential difference between the gate and source of the PchMOS transistor constituting the second differential current comparator, and the voltage value at which the first and second electrical signals have the same potential. More than the voltage value plus A. Here, the minimum value of the potential difference between the average current input and output at which the current source can operate is 0.2 V, and the average between the gate and the source where the PchMOS transistor can pass the current between the source and the drain Assuming that the threshold voltage is 0.8 V and the voltage value at which the first electric signal and the second electric signal are at the same potential is 0.4 V, the minimum value of the power supply voltage Vcc at which this circuit can operate is 1. 4V.
[0025]
Further, when the sixth current is generated by selectively combining the fourth current and the fifth current, the minimum voltage value of the power supply voltage Vcc at which this circuit operates is determined by the current source that supplies the fourth current. The minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the fourth current that can be generated, the potential difference between the gate and the source of the PchMOS transistor constituting the third differential current comparator, the second electrical signal, and the third More than the voltage value obtained by adding the voltage value at which the electric signal becomes the same potential, or the minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the fifth current that can operate the current source that supplies the fifth current and the fourth The voltage difference between the gate and source of the PchMOS transistor constituting the differential current comparator is equal to or greater than the voltage value obtained by adding the voltage value at which the second electric signal and the third electric signal have the same potential. Here, the minimum value of the potential difference between the average current input and output at which the current source can operate is 0.2 V, and the average between the gate and the source where the PchMOS transistor can pass the current between the source and the drain Assuming that the threshold voltage is 0.8 V and the voltage value at which the second electric signal and the third electric signal have the same potential is 0.8 V, the minimum value of the power supply voltage Vcc at which this circuit can operate is 1. 8V.
[0026]
Accordingly, in the function generation circuit according to
[0027]
The function generating circuit according to claim 2 of the present invention uses the seventh current that decreases in proportion to the ambient temperature as a reference current for differential amplification, and increases in proportion to the seventh current at one of its inputs. A fifth electrical signal is input, and a fifth electrical signal is formed of an NchMOS transistor in which a sixth electrical signal that decreases in proportion to an eighth current that increases in proportion to the ambient temperature is input to the other input. And an NchMOS transistor in which an eighth current is used as a reference current for differential amplification, a fifth electrical signal is input to one input, and a sixth electrical signal is input to the other. The constructed sixth differential current comparator, the drain of the NchMOS transistor to which the sixth electrical signal of the fifth differential current comparator is inputted, and the fifth differential current comparator of the fifth differential current comparator A drain of an NchMOS transistor to which an air signal is input is connected, a tenth current having a current value equivalent to a ninth current flowing through the common node is set as a differential amplification reference current, and the first input is connected to the first input. The seventh electric signal is inputted to the other input, and the seventh electric signal which is increased in proportion to the eleventh electric current which decreases in proportion to the ambient temperature is inputted to the other input. A differential current comparator and an NchMOS transistor in which an eleventh current is used as a reference current for differential amplification, a sixth electric signal is input to one input thereof, and a seventh electric signal is input to the other input. And the drain of the NchMOS transistor to which the sixth electric signal of the seventh differential current comparator is input, A first current-voltage conversion circuit for connecting a drain of an NchMOS transistor to which a seventh electrical signal of the differential current comparator of 8 is input and converting a twelfth current flowing in the common node into a current voltage; The ninth current and the tenth current are selected from the seventh current and the eighth current, and the current having the maximum current value is selected and flows. The twelfth current is the sixth electric signal and the seventh current. When the value of the sixth electric signal is large, the tenth current is selected. When the value of the seventh electric signal is large, the eleventh current is selected. In the first current-voltage conversion circuit, the twelfth current is converted into a voltage and output as an eighth electric signal, but the polarity of the characteristics of each current and voltage is reversed. Except for the above, the same characteristics and characteristics as those of the function generation circuit of
[0028]
A function generation circuit according to claim 3 of the present invention is the function generation circuit according to
[0029]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a function generating circuit according to the second aspect of the present invention, wherein the fifth differential current comparator, the sixth differential current comparator, the seventh differential current comparator, The eighth differential current comparator is configured by an NPN transistor, except that the polarity of the characteristics of each current and voltage is reversed. Has similar characteristics and effects.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 shows in detail the configuration of a function generation circuit according to an embodiment of the present invention. 3 is a MAX circuit that selects and outputs the current having the maximum current value among the input currents, 4 is a MIN circuit that selects and outputs the current having the minimum current value among the input currents, and 5 is a circuit of the MAX circuit 3. A first differential current comparator, which is a component, 6 is a second differential current comparator, which is a component of the MAX circuit 3, 7 is a third differential current comparator, which is a component of the
[0032]
In the MAX circuit 3, the second electric signal V2 is applied to the gate, the first PchMOS transistor M1 whose source is connected to the output side of the first current IT1, and the first electric signal V1 to the gate. The first electrical signal V1 is applied to the first differential current comparator 5 and the gate, which is composed of the second PchMOS transistor M2 whose source is connected to the output side of the first current IT1, and whose drain is grounded, The second electric signal V2 is applied to the third PchMOS transistor M3 whose source is connected to the output side of the second current IT2 and the gate, the source is connected to the output side of the second current IT2, and the drain is grounded And a second differential current comparator 6 composed of the fourth PchMOS transistor M4, which receives the first current IT1 and the second current IT2. The first electric signal V1 and the second electric signal V2 are set as current comparison control voltages, the drain of the first PchMOS transistor M1 and the drain of the third PchMOS transistor M3 are connected, and the common node Is output as a third current IT3.
[0033]
In the MIN circuit 4, the second electrical signal V2 is applied to the gate, the fifth PchMOS transistor M5 to which the fourth current IT4 is applied to the source, the third electrical signal V3 is applied to the gate, and the source is the first. The third electric signal V3 is applied to the third differential current comparator 7 and the gate connected to the output side of the fourth current IT4 and the drain is grounded, and the source is the first. The second electric signal V2 is applied to the seventh PchMOS transistor M7 connected to the output side of the fifth current IT5 and the gate, the source is connected to the output side of the fifth current IT5, and the drain is grounded. And a fourth differential
[0034]
In the first
[0035]
The second
[0036]
In the current-
[0037]
The operations of the MAX circuit 3, the MIN circuit 4, the first
[0038]
The first differential current comparator 5 in the MAX circuit 3 is configured so that the first PchMOS transistor M1 and the second PchMOS transistor M2 have a differential amplification configuration. When the first electric signal V1 is large, the first current IT1 is output to the drain of the first PchMOS transistor M1, and the second node is shared with the drain of the third PchMOS transistor M3. When the second electric signal V2 is large, the first current IT1 is output to the drain of the second PchMOS transistor M2, and the first current IT1 is supplied to the ground. Next, in the second differential current comparator 6, since the third PchMOS transistor M3 and the fourth PchMOS transistor M4 have a differential amplification configuration, the first electric signal V1 and the second electric current comparator 6 are connected to each other. When the signal V2 is compared, and the first electric signal V1 is large, the second current IT2 is output to the drain of the fourth PchMOS transistor M4, the second current IT2 is supplied to the ground, and the second electric signal V2 Is large, the second current IT2 is output to the drain of the third PchMOS transistor M3, and the second current IT2 is supplied to the node common with the drain of the first PchMOS transistor M1.
[0039]
6A shows the first current IT1, the second current IT2, the fifth current IT5, the seventeenth current IT101, the eighteenth current IT201, and the nineteenth current IT501 with respect to the temperature. FIG. 6B is a diagram illustrating the characteristics, and FIG. 6B is a diagram illustrating the characteristics with respect to the temperature for each of the first electric signal V1, the second electric signal V2, and the third electric signal V3. The first electric signal V1 and the second electric signal V2 can be expressed by the following equations (1) and (2), respectively.
[0040]
V1 = IT101 × R1 (1)
V2 = IT201 × R2 (2)
In the equations (1) and (2), the seventeenth current IT101 is proportional to the first current IT1, and the eighteenth current IT201 is the second current IT2 and the seventeenth current IT101 and the first current. Since the first resistor R1 and the second resistor R2 are equally proportional to the current ratio of IT1, the first electric signal V1 is proportional to the first current IT1 and the second electric signal. V2 is proportional to the ratio of the first electric signal V1 and the first current IT1 to the second current IT2. Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, the magnitude relationship of the first current IT1 and the second current IT2 with respect to the temperature, and the temperature T1 at which the first current IT1 and the second current IT2 have the same value. The first electric signal V1 and the second electric signal V2 have the same magnitude relationship with respect to the temperature, and the temperature T1 at which the first electric signal V1 and the second electric signal V2 have the same value.
[0041]
As a result, the current having the maximum current value among the first current IT1 and the second current IT2 is selected as the current output of the MAX circuit 3 and is output as the third current IT3. The characteristics are as shown in FIG. In FIG. 6 (c), the third current IT3 is not connected in a polygonal line near the temperature T1 where the first current IT1 and the second current IT2 have the same value. This is due to the rounding effect of current selectivity due to the differential characteristics of the fifth and second differential current comparators 6. Note that this rounding effect is achieved by adjusting the change ratio of the first electric signal V1 with respect to the temperature and the change ratio of the second electric signal V2 with respect to the temperature. And by adjusting the current selectivity of the differential characteristic of the second differential current comparator 6, it can be arbitrarily adjusted.
[0042]
The first
[0043]
The third differential current comparator 7 in the MIN circuit 4 has a fifth PchMOS transistor M5 and a sixth PchMOS transistor M6 configured to perform differential amplification. When the second electric signal V2 is small, the fourth current IT4 is output to the drain of the fifth PchMOS transistor M5, and the drain of the seventh PchMOS transistor M7 is connected to the common node. When the third electric signal V3 is small, the fourth current IT4 is output to the drain of the sixth PchMOS transistor M6 and the fourth current IT4 is supplied to the ground. Next, in the fourth differential
[0044]
Here, the third electric signal V3 can be expressed by the following equation (3).
[0045]
V3 = IT501 × R3 (3)
In the expression (3), the nineteenth current IT501 is equivalent to the fifth current IT5 in proportion to the current ratio between the eighteenth current IT201 and the second current IT2, and the third resistor R3 and the second resistor Since R2 has the same resistance value, the third electrical signal V3 is equivalently proportional to the ratio of the second electrical signal V2 and the second current IT2 to the fifth current IT5. Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, the magnitude relationship of the second current IT2 and the fifth current IT5 with respect to the temperature, and the temperature T2 at which the second current IT2 and the fifth current IT5 have the same value. The second electric signal V2 and the third electric signal V3 have the same magnitude relationship with respect to the temperature and the temperature T2 at which the second electric signal V2 and the third electric signal V3 have the same value. Furthermore, as shown in FIG. 6C, the fourth current IT4 is equivalent to the second current IT2 in the vicinity of the temperature T2, so that the fourth current IT4 and the fifth current IT5 are large or small with respect to the temperature. And the relationship between the temperature T2, the second electric signal V2, and the third electric signal V3 at which the fourth current IT4 and the fifth current IT5 have the same value, and the second electric signal V2 and the third electric signal V3. The temperature T2 at which the electric signal V3 becomes the same value is the same.
[0046]
As a result, the current having the minimum current value among the fourth current IT4 and the fifth current IT5 is selected as the current output of the MIN circuit 4 and is output as the sixth current IT6. The characteristics are as shown in FIG. In FIG. 6 (d), the sixth current IT6 is not connected in a polygonal line near the temperature T2 at which the fourth current IT4 and the fifth current IT5 have the same value. This is due to the rounding effect of current selectivity due to the differential characteristics of the seventh and fourth differential
[0047]
Thus far, the temperature characteristics of the first current IT1, the second current IT2, the fifth current IT5, the first electric signal V1, the second electric signal V2, and the third electric signal V3 are adjusted. Thus, the sixth current IT6 can be output as a current that changes with an approximate third-order characteristic with respect to the temperature as shown in FIG.
[0048]
The current-
[0049]
Vc1 = −R4 × IT6 + Vref (4)
FIG. 6E shows the temperature characteristic of the fourth electric signal Vc1, which is an approximate third-order temperature characteristic that is the inverse of the temperature characteristic of the sixth current IT6. The fourth electric signal Vc1 is used as a control voltage Vc having an approximate tertiary temperature characteristic for temperature compensation.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, the fourth electric signal Vc1 output as the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc includes the three currents of the first current IT1, the second current IT2, and the fifth current IT5. Of the three control current groups changing in a straight line, first, the current having the maximum current value is selected from the first current IT1 and the second current IT2, and the third current IT3 and the fourth current IT4 are selected. Is synthesized as a sixth current IT6 produced by selecting the current having the minimum current value from the fourth current IT4 and the fifth current IT5, and this sixth current IT6 is synthesized as a current-voltage conversion circuit. 11, the characteristic variation factor of the approximate third-order temperature characteristic voltage is only the variation of the three components of the first current IT1, the second current IT2, and the fifth current IT5. The function generator circuit of By creating a similar tertiary temperature characteristic voltage Vc by synthesizing five control voltage groups, the variation factor is reduced by about 40% compared to the variation factor of the five components. Can do.
[0051]
According to the present embodiment, the approximate accuracy of the fourth electric signal Vc1 output as the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc is 3 of the first current IT1, the second current IT2, and the fifth current IT5. Even if the control current group is made up of three continuous linearly changing control current groups, the first current IT1 and the second current IT2 are selectively synthesized to generate the third current IT3 and the fourth current IT4. The rounding effect of the selective synthesis portion when the sixth current IT6 is generated by selectively synthesizing the fourth current IT4 and the fifth current IT5, the first electrical signal V1, the second electrical signal V2, and the second electrical signal V2 3 with respect to the temperature of the electric signal V3, and the first differential current comparator 5, the second differential current comparator 6, the third differential current comparator 7, and the fourth differential
[0052]
Next, according to the present embodiment, when the current having the maximum current value is selected from the first current IT1 and the second current IT2 to generate the third current IT3, the power supply voltage at which this circuit operates The minimum voltage value of Vcc constitutes the first differential current comparator 5 and the minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the first current IT1 that can operate the current source that supplies the first current IT1. More than the voltage value obtained by adding the potential difference between the gate and source of the first PchMOS transistor M1 or the second PchMOS transistor M2 and the voltage value at which the first electric signal V1 and the second electric signal V2 have the same potential, Alternatively, the minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the second current IT2 that can operate the current source that supplies the second current IT2 and the third differential current comparator 6 are configured. Pch OS transistor M3 or is fourth and the potential difference between the gate and the source of the PchMOS transistor and a first electric signal V1 second electrical signal V2 is a voltage value greater than or equal to the sum of the voltage value at the same potential. Here, the minimum value of the potential difference between the average current input and output at which the current source can operate is 0.2 V, and the average between the gate and the source where the PchMOS transistor can pass the current between the source and the drain Assuming that the threshold voltage is 0.8 V and the voltage value at which the first electric signal V1 and the second electric signal V2 are at the same potential is 0.4 V, the minimum value of the power supply voltage Vcc at which this circuit can operate is 1.4V.
[0053]
Further, when the sixth current IT6 is generated by selectively synthesizing the fourth current IT4 and the fifth current IT5, the minimum voltage value of the power supply voltage Vcc at which this circuit operates supplies the fourth current IT4. The fifth Pch MOS transistor M5 or the sixth Pch MOS transistor M6 constituting the third differential current comparator 7 and the minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the fourth current IT4 that can operate the current source A current source that supplies the fifth current IT5 can operate, or the voltage difference between the gate and the source of the first and second electric signals V2 and V3 is equal to or higher than the voltage value of the same electric potential. The minimum potential difference between the input and output of the current source that supplies the fifth current IT5 and the seventh PchMOS transistor M7 or the eighth PchM constituting the fourth differential current comparator 8 S potential difference and the second electrical signal V2 and the third electrical signal V3 between the gate and source of the transistor M8 is equal to or greater than a voltage value obtained by adding a voltage value at the same potential. Here, the minimum value of the potential difference between the average current input and output at which the current source can operate is 0.2 V, and the average between the gate and the source where the PchMOS transistor can pass the current between the source and the drain Assuming that the threshold voltage is 0.8 V and the voltage value at which the second electric signal V2 and the third electric signal V3 are at the same potential is 0.8 V, the minimum value of the power supply voltage Vcc at which this circuit can operate is 1.8V.
[0054]
From these facts, in the function generation circuit of this embodiment, the minimum value of the power supply voltage Vcc is regulated by the voltage value at which the second electric signal V2 and the third electric signal V3 are at the same potential, and is approximated. It is related to the current values of three control current groups that change in three continuous straight lines of the first current IT1, the second current IT2, and the fifth current IT5, which are components of the tertiary temperature characteristic voltage Vc. Since the first electric signal V1, the second electric signal V2, and the third electric signal V3 can be arbitrarily designed to some extent, the function generation circuit of this embodiment sets the power supply voltage Vcc to 2. It can be operated at a low voltage of 0V or less.
[0055]
(First Modification of Embodiment)
Hereinafter, the 1st modification of one Embodiment of this invention is demonstrated based on drawing.
[0056]
FIG. 2 shows in detail the configuration of a function generation circuit according to a first modification of the embodiment. In FIG. 2, the components shown in FIG. Reference numeral 12 denotes a MAX circuit that selects and outputs a current having the maximum current value from among the input currents.
[0057]
In the MAX circuit 12, the sixth electric signal V5 is applied to the gate, the first NchMOS transistor M9 whose source is connected to the input side of the seventh current IT7, and the fifth electric signal V4 is applied to the gate. A fifth electrical signal V4 is connected to the gate of a fifth differential current comparator 14 composed of a second NchMOS transistor M10 having a source connected to the input side of the seventh current IT7 and a drain connected to the power supply Vcc. A sixth electrical signal V5 is applied to the gate of the third NchMOS transistor M11, the gate of which is applied and connected to the input side of the eighth current IT8, and the source is connected to the input side of the eighth current IT8; And a sixth differential
[0058]
In the
[0059]
The first
[0060]
The current-
[0061]
With this configuration, the seventh current IT7 corresponds to the fifth current IT5, the eighth current IT8 corresponds to the second current IT2, the eleventh current IT11 corresponds to the first current IT1, and the polarity is inverted. By using the above-described characteristics, the function generation circuit according to the first modification of the embodiment of the present invention is the same as the function generation circuit according to the embodiment except that the polarities of the characteristics of the currents are reversed. Has properties and effects.
[0062]
(Second Modification of Embodiment)
Hereinafter, the 2nd modification of one Embodiment of this invention is demonstrated based on drawing.
[0063]
FIG. 3 shows in detail the configuration of a function generation circuit according to a second modification of the embodiment. In FIG. 3, the description of the components shown in FIG.
[0064]
Q13 is the seventh PNP transistor, Q14 is the eighth PNP transistor, Q15 is the ninth PNP transistor, Q16 is the tenth PNP transistor, Q17 is the eleventh PNP transistor, Q18 is the twelfth PNP transistor, and Q19 is The thirteenth PNP transistor, Q20, is a fourteenth PNP transistor.
[0065]
Here, the function generation circuit of the second modified example of the present embodiment includes the first PchMOS transistor M1 of FIG. 1 as the seventh PNP transistor Q13, the second PchMOS transistor M2 as the eighth PNP transistor Q14, The third PchMOS transistor M3 is the ninth PNP transistor Q15, the fourth PchMOS transistor M4 is the tenth PNP transistor Q16, the fifth PchMOS transistor M5 is the eleventh PNP transistor Q17, and the sixth PchMOS transistor. M6 is replaced with the twelfth PNP transistor Q18, the seventh PchMOS transistor M7 is replaced with the thirteenth PNP transistor Q19, and the eighth PchMOS transistor M8 is replaced with the fourteenth PNP transistor Q20. Form It has the same properties and advantages as the number generator.
[0066]
(Third Modification of Embodiment)
Hereinafter, the 3rd modification of one embodiment of the present invention is explained based on a drawing.
[0067]
FIG. 4 shows in detail the configuration of a function generation circuit according to a third modification of the embodiment. In FIG. 4, the components shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0068]
Q21 is the seventh NPN transistor, Q22 is the eighth NPN transistor, Q23 is the ninth NPN transistor, Q24 is the tenth NPN transistor, Q25 is the eleventh NPN transistor, Q26 is the twelfth NPN transistor, and Q27 is A thirteenth NPN transistor, Q28, is a fourteenth NPN transistor.
[0069]
Here, the function generation circuit of the third modification example of the present embodiment includes the first NchMOS transistor M9 of FIG. 2 as the seventh NPN transistor Q21 and the second NchMOS transistor M10 as the eighth NPN transistor Q22. The third NchMOS transistor M11 is the ninth NPN transistor Q23, the fourth NchMOS transistor M12 is the tenth NPN transistor Q24, the fifth NchMOS transistor M13 is the eleventh NPN transistor Q25, and the sixth NchMOS transistor. M14 is replaced with the twelfth NPN transistor Q26, the seventh NchMOS transistor M15 is replaced with the thirteenth NPN transistor Q27, and the eighth NchMOS transistor M16 is replaced with the fourteenth NPN transistor Q28. It has the same properties and advantages as the function generation circuit of the first modification of the embodiment.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the three control current groups that change the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc into three continuous straight lines of the first current, the second current, and the fifth current, First, the current having the maximum current value is selected from the first current and the second current to generate the third current and the fourth current, and then the minimum current value of the fourth current and the fifth current is selected. As a sixth current generated by selecting a current having the following characteristics, and the sixth current is converted into a voltage by the first current-voltage conversion circuit, the characteristic variation factor of the approximate third-order temperature characteristic voltage is , The first current, the second current, and the fifth current are only the variations of the three components, and the conventional function generation circuit synthesizes the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc into five control voltage groups. By making it, the variation factor is the variation of the five components. Then, a function generating circuit capable of reducing the variation factor of about 40%,
Further, the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc is a voltage obtained by synthesizing three control current groups that change in three continuous straight lines of the first current, the second current, and the fifth current, and performing current-voltage conversion. Even if it is made, it is a function generation circuit that can make a third order approximation with the same accuracy as a conventional function generation circuit that synthesizes five control voltage groups to create an approximate third temperature characteristic voltage Vc.
In addition, the minimum value of the power supply voltage Vcc is regulated by the voltage value at which the second electric signal and the third electric signal have the same potential, and is the first element that is a component of the approximate third-order temperature characteristic voltage Vc. The first electric signal, the second electric signal, and the third electric current are not related to the current values of the three control current groups that change in three continuous straight lines of the current, the second current, and the fifth current. Since the electrical signal can be designed arbitrarily to some extent, it is a function generating circuit capable of operating at a power supply voltage Vcc as low as 2.0 V or less.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a function generation circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a function generation circuit according to a first modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a function generation circuit according to a second modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a function generation circuit according to a third modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional function generation circuit.
FIG. 6 is a characteristic diagram with respect to temperature of voltage and current of each part of the function generation circuit in one embodiment of the present invention
[Explanation of symbols]
1, 3, 12 MAX circuit
2, 4, 13 MIN circuit
5 First differential current comparator
6 Second differential current comparator
7 Third differential current comparator
8 Fourth differential current comparator
9 First current mirror circuit
10 Second current mirror circuit
11 Current-voltage conversion circuit
14 Fifth differential current comparator
15 Sixth differential current comparator
16 Seventh differential current comparator
17 Eighth differential current comparator
Vcc supply voltage
Vref reference voltage
Amp1 first operational amplifier
IT1 First current
IT2 Second current
IT3 Third current
IT4 Fourth current
IT5 Fifth current
IT6 6th current
IT7 7th current
IT8 8th current
IT9 9th current
IT10 10th current
IT11 Eleventh current
IT12 12th current
IT101 17th current
IT201 18th current
IT501 19th current
IT701 20th current
IT801 21st current
IT1101 22nd current
V1 first electrical signal
V2 second electrical signal
V3 Third electrical signal
Vc1 Fourth electric signal (= control voltage Vc)
V4 fifth electrical signal
V5 6th electrical signal
V6 7th electrical signal
Vc2 Eighth electric signal (= control voltage Vc)
R1 first resistor
R2 second resistance
R3 Third resistance
R4 4th resistor
R5 5th resistor
R6 6th resistor
R7 7th resistor
M1 first PchMOS transistor
M2 Second PchMOS transistor
M3 Third PchMOS transistor
M4 Fourth PchMOS transistor
M5 Fifth PchMOS transistor
M6 Sixth PchMOS transistor
M7 Seventh PchMOS transistor
M8 Eighth PchMOS transistor
M9 First NchMOS transistor
M10 Second NchMOS transistor
M11 Third NchMOS transistor
M12 Fourth NchMOS transistor
M13 Fifth NchMOS transistor
M14 Sixth NchMOS transistor
M15 Seventh NchMOS transistor
M16 Eighth Nch MOS transistor
Q9 Fifth NPN transistor
Q10 Sixth NPN transistor
Q11 Fifth PNP transistor
Q12 Sixth PNP transistor
Q13 Seventh PNP transistor
Q14 Eighth PNP transistor
Q15 Ninth PNP transistor
Q16 Tenth PNP transistor
Q17 Eleventh PNP transistor
Q18 12th PNP transistor
Q19 13th PNP transistor
Q20 14th PNP transistor
Q21 7th NPN transistor
Q22 Eighth NPN transistor
Q23 9th NPN transistor
Q24 10th NPN transistor
Q25 Eleventh NPN transistor
Q26 12th NPN transistor
Q27 13th NPN transistor
Q28 14th NPN transistor
y1 9th electrical signal
y2 10th electrical signal
y3 eleventh electrical signal
y4 12th electrical signal
y5 thirteenth electrical signal
y6 14th electrical signal
y7 15th electric signal (= control voltage Vc)
Q1 first NPN transistor
Q2 Second NPN transistor
Q3 Third NPN transistor
Q4 Second PNP transistor
Q5 Third PNP transistor
Q6 First PNP transistor
Q7 Fourth NPN transistor
Q8 Fourth PNP transistor
I1 13th constant current source
I2 14th constant current source
I3 15th constant current source
I4 16th constant current source
I8 Fifth constant current source
I9 Sixth constant current source
T0 Center temperature of tertiary temperature characteristics
T1 Temperature at which the first current and the second current have the same value
T2 Temperature at which the fourth and fifth currents have the same value
Claims (4)
前記第3の電流及び前記第4の電流には、前記第1の電流と前記第2の電流のうち最大電流値を有する電流が選択されて流れ、前記第6の電流には、前記第4と前記第5の電流のうち最小電流値を有する電流が選択されて流れ、前記第1の電流電圧変換回路において前記第6の電流を電圧に変換して第4の電気信号として出力することを特徴とする関数発生回路。A first current that increases in proportion to the ambient temperature is used as a reference current for differential amplification, a first electrical signal proportional to the first current is input to one input thereof, and an ambient temperature is input to the other input. A first differential current comparator composed of a PchMOS transistor to which a second electric signal proportional to a second current that decreases in proportion to the first current is input, and the second current as a reference current for differential amplification A second differential current comparator composed of a PchMOS transistor having the first electric signal input to one input and the second electric signal input to the other input; The drain of the PchMOS transistor to which the second electric signal of the differential current comparator is input and the first electric signal of the second differential current comparator are input. A fourth current having a current value equivalent to the third current flowing in the common node is connected to the drain of the chMOS transistor as a reference current for differential amplification, and the second electric signal is input to one input thereof. A third differential current comparator composed of a PchMOS transistor, to which a third electric signal proportional to a fifth current increasing in proportion to the ambient temperature is input to the other input; Is a reference current for differential amplification, and the fourth difference is configured by a PchMOS transistor in which the second electric signal is input to one input and the third electric signal is input to the other input. A dynamic current comparator; a drain of the PchMOS transistor to which the second electrical signal of the third differential current comparator is input; and the fourth differential. Flow the third electrical signal of the comparator is connected to the drain of the PchMOS transistor is input, having a first current-voltage conversion circuit for current-voltage converting a sixth current flowing through the common node,
As the third current and the fourth current, a current having a maximum current value is selected and flows among the first current and the second current, and the fourth current includes the fourth current. A current having a minimum current value is selected and flows among the fifth currents, and the first current-voltage conversion circuit converts the sixth current into a voltage and outputs the voltage as a fourth electric signal. Characteristic function generator.
前記第9の電流及び前記第10の電流には、前記第7の電流と前記第8の電流のうち最大電流値を有する電流が選択されて流れ、前記第12の電流には、前記第10の電流と前記第11の電流のうち最小電流値を有する電流が選択されて流れ、前記第1の電流電圧変換回路において前記第12の電流を電圧に変換して第8の電気信号として出力することを特徴とする関数発生回路。The seventh current that decreases in proportion to the ambient temperature is used as a reference current for differential amplification, and a fifth electrical signal that increases in proportion to the seventh current is input to one input thereof, and the other input. A fifth differential current comparator composed of an Nch MOS transistor to which a sixth electrical signal that decreases in proportion to an eighth current that increases in proportion to the ambient temperature is input, and the eighth current A sixth differential current comparator composed of an Nch MOS transistor which is used as a reference current for differential amplification, the fifth electric signal being input to one input thereof, and the sixth electric signal being input to the other input. And a drain of an NchMOS transistor to which the sixth electric signal of the fifth differential current comparator is input and the fifth electric signal of the sixth differential current comparator The tenth current having a current value equivalent to the ninth current flowing in the common node is connected to the drain of the input NchMOS transistor, and the sixth current is used as a reference current for differential amplification. A seventh differential signal composed of an Nch MOS transistor, to which an electric signal is input and a seventh electric signal that increases in proportion to an eleventh current that decreases in proportion to the ambient temperature is input to the other input. A current comparator and an NchMOS transistor in which the eleventh current is used as a reference current for differential amplification, the sixth electric signal is input to one input, and the seventh electric signal is input to the other. An eighth differential current comparator configured and an NchMOS transistor to which the sixth electrical signal of the seventh differential current comparator is input; And the drain of the NchMOS transistor to which the seventh electric signal of the eighth differential current comparator is input is connected, and the twelfth current flowing through the common node is converted into a current voltage. A current-voltage conversion circuit;
The ninth current and the tenth current are selected from the seventh current and the eighth current and have a maximum current value, and the twelfth current includes the tenth current. Current having the minimum current value is selected and flows, and the twelfth current is converted into a voltage by the first current-voltage conversion circuit and output as an eighth electric signal. A function generation circuit characterized by that.
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