JP4833755B2 - 発振回路 - Google Patents
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Description
電流源と第1出力制御素子との接続ノードには、前記第1制御素子のドレイン端子が接続され、前記第2出力制御素子と第2出力電流源との接続ノードには、前記第2制御素子のドレイン端子が接続され、前記第1制御素子のソース端子と前記第2制御素子のソース端子との接続ノードには、前記発振ユニットの第1発振信号を入力するように接続され、前記第1制御素子のゲート端子には所定のバイアスを入力し、前記第2制御素子のゲート端子には発振信号の振幅を決める参照電圧を入力するように接続したことを要旨とする。
まず、発振コアブロック100の構成について説明する。
また、トランジスタ(M1、M2)のドレイン端子は、それぞれ電圧制限ブロック120に接続されている。そして、トランジスタM1は第1発振信号を出力し、トランジスタM2は第2発振信号を出力する。
電圧制限ブロック120は、所定の伝導型(nチャンネル型)MOS構造のトランジスタ(M3、M5、M7)と、反対伝導型(pチャンネル型)MOS構造のトランジスタ(M4、M6、M8)を備えている。ここで、第1発振信号が供給されるトランジスタ(M7、M8)が、それぞれ第1、第2制御素子として機能する。更に、第2発振信号が供給されるトランジスタ(M5、M6)が、それぞれ第3、第4制御素子として機能する。
ソース端子に接続されている。このトランジスタM5とトランジスタM6との間の接続ノードには、発振コアブロック100のトランジスタM2のドレイン端子が接続されている。
更に、トランジスタ(M6、M8)のゲート端子には、参照電圧Vref が入力される。参照電圧Vref により、電圧制限ブロック120における発振信号の振幅を決められる。
差動出力ブロック140は、所定の伝導型(pチャンネル型)MOS構造のトランジスタ(M9、M11)、反対伝導型(nチャンネル型)MOS構造のトランジスタ(M10、M12)を備えている。トランジスタ(M9、M11)のソース端子は定電流源(CS6、CS8)を介して電源ラインに接続されており、駆動電圧VCCが供給される。更に、トランジスタ(M9、M11)のソース端子は、それぞれ電圧制限ブロック120のトランジスタ(M5、M7)のドレイン端子に接続されている。
トランジスタ(M10、M12)のゲート端子には電圧VNが入力される。この電圧VNとしては、定電流源(CS7、CS9)が動作可能な範囲で、接地電圧GNDよりトランジスタ閾値電圧以上に高い電圧を設定する。
次に、図2を用いて、発振コアブロック100、電圧制限ブロック120の動作を説明する。
電流〔I1+I3−I2〕はトランジスタM8に供給されて、トランジスタM8をオンする。
これにより、容量CのトランジスタM1側の電圧Vc1は以下のようになる。
ここで、電圧Vd2は、トランジスタM2のドレイン端子と定電流源CS4との間の接続ノードの電圧である。更に、「i」を変数とした場合、電圧Vtiは、それぞれトランジスタMiがオンしている場合のゲート・ソース間の電圧を意味する。
Vc2=Vc1+I3/C*〔時間〕
一方、発振コアブロック100のトランジスタM2がオンして、トランジスタM1がオフした場合、トランジスタM2には定電流源CS1及び定電流源CS3からの電流〔I1+I3〕が流れ込む。この電流の一部は定電流源CS4を介して引き抜かれるため、電圧制限ブロック120には電流〔I1+I3−I4〕が供給される。この電流〔I1+I3−I4〕はトランジスタM6に供給されてオンする。
これにより、容量CのトランジスタM2側の電圧Vc2は以下のようになる。
ここで、電圧Vd1は、それぞれトランジスタM1のドレイン端子と定電流源CS2との間の接続ノードの電圧である。
Vc1=Vc2+I1/C*〔時間〕
ここで、各トランジスタ(M1〜M8)における電圧〔Vt〕=〔Vt1〕=…=〔Vt8〕、電流〔Iref 〕=〔I1〕=…=〔I8〕とした場合、図4に示すように、電圧Vc1と電圧Vc2とは、相互に電圧〔2*Vt+Vref 〕〜〔2*Vt−Vref 〕間でスイングし、その発振振幅は参照電圧Vref と同じ電圧となる。すなわち、発振コアブロック100のスイングの大小にかかわらず、参照電圧Vref の振幅で発振することになる。
Iref *T/2=C*Vref *2
T=4C*Vref /Iref
F=1/T=Iref /(4C*Vref )
次に、図3を用いて、電圧制限ブロック120及び差動出力ブロック140の動作を説明する。
とともに、トランジスタM6には電流Iref が流れる。また、この場合、トランジスタM8はオフするとともに、トランジスタM7には電流Iref が流れる。
・ 上記実施形態では、電圧制限ブロック120は、電圧を制限するための電流を差動出力ブロック140に供給する。差動出力ブロック140は、この電流を用いて、接地電圧GND〜駆動電圧VCC間でのフルスイングを行なう。従来、電圧リミッタ(本実施形態では、電圧制限ブロック120)において用いられた電流は廃棄されていた。本発明の発振回路では、差動出力ブロック140がこの電流を有効に利用することにより、付加的な電流を供給することなく、フルスイングが可能になる。これにより、簡易な回路構成で、消費電力の低減を図りながら、フルスイングを実現することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記実施形態では、トランジスタ(M11、M12)を用いることにより、相補的な2つの信号を出力した。これに代えて、図5に示す発振回路11により、単一の発振信号を供給することができる。特に、相補的な信号が必要ない場合には、より簡易な構成で発振回路を実現することができる。
10と抵抗RによりVref で構成することも可能である。この場合、上述のように周波数Fは、Iref /(4C*Vref )により表される。そこで、Vref =Iref *Rを代入した場合、F=1/4CRとなる。このように、Iref が他の電流の定数倍の電流を供給するように構成すると、電流が変化しても周波数が変化しない発振回路を実現することができる。
Claims (5)
- 第1発振信号を出力する発振ユニットと、
ソース端子が相互に接続された第1、第2制御素子を設けた電圧制御ユニットと、
第1、第2出力電流源の間に第1、第2出力制御素子を備え、この第1、第2出力制御素子の接続ノードに第1出力端子を設けた出力ユニットとを備えた発振回路であって、
前記第1出力電流源と第1出力制御素子との接続ノードには、前記第1制御素子のドレイン端子が接続され、
前記第2出力制御素子と第2出力電流源との接続ノードには、前記第2制御素子のドレイン端子が接続され、
前記第1制御素子のソース端子と前記第2制御素子のソース端子との接続ノードには、前記発振ユニットの第1発振信号を入力するように接続され、
前記第1制御素子のゲート端子には所定のバイアスを入力し、前記第2制御素子のゲート端子には発振信号の振幅を決める参照電圧を入力するように接続したことを特徴とする発振回路。 - 前記発振ユニットは、ソース端子及びドレイン端子に、それぞれ第1、第2発振電流源が接続された第1発振制御素子を備え、
前記第1、第2発振電流源が供給する電流の値と、第1、第2出力電流源が供給する電流の値とが一致するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の発振回路。 - 前記発振ユニットは、マルチバイブレータ型の発振回路であり、前記第1発振信号とともに第2発振信号を出力し、
前記電圧制御ユニットは、更に、ソース端子が相互に接続された第3、第4制御素子を備え、
前記出力ユニットは、更に、第3、第4出力電流源の間に第3、第4出力制御素子を備え、第3、第4出力制御素子の接続ノードに第2出力端子を設け、
前記第3出力電流源と第3出力制御素子との接続ノードには、前記第3制御素子のドレイン端子が接続され、
前記第4出力制御素子と第4出力電流源との接続ノードには、前記第4制御素子のドレイン端子が接続され、
前記第3制御素子のソース端子と前記第4制御素子のソース端子との接続ノードには、前記発振ユニットの第2発振信号を入力するように接続され、
前記第3制御素子のゲート端子には所定のバイアスを入力し、前記第4制御素子のゲート端子には発振信号の振幅を決める参照電圧を入力するように接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載の発振回路。 - 前記発振ユニットは、ソース端子及びドレイン端子に、それぞれ第3、第4発振電流源が接続された第2発振制御素子を備え、
前記第2、第3発振電流源が供給する電流の値と、第2、第3出力電流源が供給する電流の値とを一致するように構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の発振回路。 - 前記電圧制御ユニットは、前記参照電圧を生成する参照電流源と抵抗とを備え、
前記参照電流源は、各出力制御素子から供給される電流値の定数倍の電流を供給することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の発振回路。
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