JP4610608B2 - 電流制御発振器 - Google Patents
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Description
T=2(C*Vref/Ic+Td)……(1)
ここで、CはコンデンサC101,C102の容量、IcはコンデンサC101,C102に流れる電流、Tdはコンパレータ101,102による遅れ時間(電圧比較をするのに生じる時間)である。従って、発振信号の周波数fは、次の式(2)で示される。
図11は、コンデンサに充電される電流と発振信号の周波数の関係を示した図である。図の波形W111は、電流源I101の電流と周波数の理想の関係を示している。波形W112は、電流源I101の電流と周波数の実際の関係を示している。波形W111に示すように、電流源I101の電流を増加させると、それに比例して発振信号の周波数が増加するのが望ましい。
M. Flynn, and S. Lidholm, "A 1.2-um CMOS Current-Controlled Oscillator," In IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 27, No. 7, pp. 982-987, July 1992. M. Banu, "MOS oscillators with multi-decade tuning range and gigahertz maximum speed," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 23, pp. 1386-1393, Dec. 1988.
また、コンパレータ101,102の比較を速くして周波数レンジを広くしようとすると、消費電力が大きくなるという問題点があった。
図1は、電流制御発振器の概要を示した図である。図に示すように電流制御発振器は、NMOSの放電トランジスタM1,M3、NMOSの開閉トランジスタM2,M4、NMOSの信号出力トランジスタM5,M6、PMOSのトランジスタM7,M8、電流源I1、電流回路1a,1b、およびフリップフロップ2を有している。
図2は、第1の実施の形態に係る電流制御発振器の回路図である。図に示すように電流制御発振器は、NMOSのトランジスタM11〜M14,M18,M19、PMOSのトランジスタM15〜M17,M20,M21、コンデンサC11,C12、電流源I11、およびRSのフリップフロップ11を有している。これらの素子は、例えば、1つの半導体チップ上に形成される。なお、トランジスタM11のドレインのノードをノードN11、トランジスタM12のドレインのノードをノードN12、トランジスタM13のドレインのノードをノードN13、およびトランジスタM14のドレインのノードをノードN14とする。
トランジスタM11のゲートは、フリップフロップ11のQ端子と接続されている。トランジスタM11のソースは、電圧Vss(電圧Vddの電源のグランド電圧)のノードと接続されている。トランジスタM11のドレイン−ソース間には、コンデンサC11が接続されている。
トランジスタM13のゲートは、フリップフロップ11のXQ端子と接続されている。トランジスタM13のソースは、電圧Vssのノードと接続されている。トランジスタM13のドレイン−ソース間には、コンデンサC12が接続されている。
電流源I11の電流は制御することができるようになっている。電流源I11の電流量を制御することによって、コンデンサC11,C12の充電の速さを変え、発振信号の周波数を変えることができる。
トランジスタM11は、フリップフロップ11のXQ端子から出力される信号に応じてオン/オフする。トランジスタM11は、ゲートにH状態の信号が入力されるとオンし、コンデンサC11に充電されている電荷を放電する。トランジスタM11は、ゲートにL状態の信号が入力されるとオフし、電流源I11aの電流(電荷)をコンデンサC11に充電するようにする。なお、電流源I11aは、図2で示したトランジスタM16より流れる電流を示している。
図4は、電流制御発振器の各部の電圧変化を示した図である。図に示す波形W1は、図2のノードN11の電圧変化を示している。波形W2は、ノードN12の電圧変化を示している。波形W3は、フリップフロップ11のXS端子に入力される信号の電圧変化を示している。図に示すVrefは、トランジスタM12のゲートに入力される基準電圧Vref、VtsensはトランジスタM12のしきい値電圧、Vref−Vtsensは、トランジスタM12がオン/オフするノードN11の電圧を示している。Vtinvは、トランジスタM18がオン/オフする電圧を示している。
図5は、フリップフロップの回路図である。図に示すようにフリップフロップ11は、NAND回路12,13によって構成されている。NAND回路12の一方の入力は、トランジスタM18のドレインと接続されている。NAND回路13の一方の入力は、トランジスタM19のドレインと接続されている。NAND回路12の他方の入力は、NAND回路13の出力と接続され、NAND回路13の他方の入力は、NAND回路12の出力と接続されている。NAND回路12の出力は、トランジスタM11のゲートと接続され、NAND回路13の出力は、トランジスタM13のゲートと接続されている。なお、NAND回路12の一方の入力は、XS端子に対応し、NAND回路13の一方の入力は、XR端子に対応する。また、NAND回路12の出力は、Q端子に対応し、NAND回路13の出力は、XQ端子に対応する。
図7は、図2の電流制御発振器における制御電流と発振信号の周波数の関係を示した図である。図の横軸は、電流源I11から流れる電流を示す。縦軸は、ノードN11,N13から取り出される発振信号の周波数を示す。図7に示すように、図2の電流制御発振器においては、電流源I11の電流の増加に比例して、発振信号の周波数も増加する。これによって、発振信号の周波数レンジを広くすることができる。
図8は、第2の実施の形態に係る電流制御発振器の回路図である。図に示すように、電流制御発振器は、NMOSのトランジスタM31,M32,M35,M37,M38,M40,M42,M43,M45、PMOSのトランジスタM33,M34,M36,M39,M41,M44,M46、コンデンサC21〜C23、およびインバータ21〜23を有している。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
M2,M4 開閉トランジスタ
M5,M6 信号出力トランジスタ
M7,M8 トランジスタ
C1,C2 コンデンサ
1a,1b 電流回路
2 フリップフロップ
I1 電流源
Claims (7)
- 制御電流によって発振周波数が変化する電流制御発振器において、
前記制御電流に基づく充電電流を出力する2つの電流回路と、
前記電流回路に対応して設けられ、前記充電電流が供給されるコンデンサと、
前記コンデンサに対応して設けられ、前記コンデンサの電荷を放電する放電トランジスタと、
前記電流回路と前記コンデンサとの間に接続され、前記コンデンサの電圧に応じて、前記電流回路と前記コンデンサとの間を開閉する開閉トランジスタと、
前記電流回路に対応して設けられ、前記電流回路から前記開閉トランジスタに出力される前記充電電流に応じて、信号を出力する信号出力トランジスタと、
前記信号に応じて、前記放電トランジスタを交互に駆動するフリップフロップと、を備え、
前記信号出力トランジスタのゲートは、前記電流回路と前記開閉トランジスタとの間に接続される、
ことを特徴とする電流制御発振器。 - 前記開閉トランジスタと前記信号出力トランジスタは、同じ特性を有するように形成されることを特徴とする請求項1記載の電流制御発振器。
- 前記信号出力トランジスタは、インバータを構成していることを特徴とする請求項1記載の電流制御発振器。
- 前記電流回路は、カレントミラー回路によって構成されることを特徴とする請求項1記載の電流制御発振器。
- 前記フリップフロップの入力は、インバータによって構成されており、前記インバータを構成している2つのトランジスタは、しきい値が異なっていることを特徴とする請求項1記載の電流制御発振器。
- 制御電流によって発振周波数が変化する電流制御発振器において、
前記制御電流に基づく充電電流を出力する電流回路と、前記充電電流が供給されるコンデンサと、前記コンデンサの電荷を放電する放電トランジスタと、前記電流回路と前記コンデンサとの間に接続され、前記コンデンサの電圧に応じて、前記電流回路と前記コンデンサとの間を開閉する開閉トランジスタと、を有する遅延回路と、
前記電流回路から前記開閉トランジスタに出力される前記充電電流に応じて、信号を出力する信号出力トランジスタと、を備え、
前記信号出力トランジスタのゲートは、前記電流回路と前記開閉トランジスタとの間に接続される、
ことを特徴とする電流制御発振器。 - 前記遅延回路と前記信号出力トランジスタは、奇数段ループ接続されていることを特徴とする請求項6記載の電流制御発振器。
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