JP4973579B2 - CR oscillation circuit - Google Patents
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Description
本願の開示は一般に発振回路に関し、詳しくは発振周波数可変なCR発振回路に関する。 The present disclosure generally relates to an oscillation circuit, and more particularly to a CR oscillation circuit with a variable oscillation frequency.
マイクロコントローラ等の集積回路では、コンデンサ(C)と抵抗(R)とを用いたCR発振回路(或いはリングオシレータ等)をチップに内蔵し、マイクロコントローラのクロック信号を内蔵発振回路から供給する場合がある。これは、水晶振動子或いはセラミック振動子を使用した発振回路では出力周波数が安定するまでの起動時間が長いので、発振周波数精度は低くても起動時間の短いCR発振回路やリングオシレータ等を用いることが望ましい場合があるからである。 In an integrated circuit such as a microcontroller, a CR oscillation circuit (or a ring oscillator or the like) using a capacitor (C) and a resistor (R) is built in the chip, and a clock signal of the microcontroller is supplied from the built-in oscillation circuit. is there. This is because the start-up time until the output frequency is stabilized is long in an oscillation circuit using a crystal resonator or a ceramic resonator, so use a CR oscillation circuit or ring oscillator with a short start-up time even if the oscillation frequency accuracy is low. This may be desirable.
図1は、一般的なCR発振回路の構成の一例を示す図である。このCR発振回路は、特許文献1の図1に記載されている。図1において、IV1、IV2、IV3はインバータ回路を、C1、C2は容量を、R1は抵抗を、ND1からND4は発振回路内部のノードを示す。GNDはGND電位(0V)を示す。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a general CR oscillation circuit. This CR oscillation circuit is described in FIG. In FIG. 1, IV1, IV2, and IV3 are inverter circuits, C1 and C2 are capacitors, R1 is a resistor, and ND1 to ND4 are nodes in the oscillation circuit. GND indicates a GND potential (0 V).
図2は、図1の回路の動作時の各部の波形を示す図である。(a)はND1の電位波形、(b)はND2の電位波形、(c)はND3の電位波形、(d)はND4の電位波形を示す。図2に示すように、ND1、ND2、ND3の波形はCMOS回路の一般的な出力波形である矩形波となる。またND4については、ND4とND2との間の容量カップリングにより、ND2の電位変化に追従してND4の電位がND2と同じ方向に変化し、その後緩やかにND3の電位により充放電される波形となる。なお電源電圧が3.3Vの場合を想定している。このようにして、図1の単純な回路構成により、CR発振回路を実現できる。 FIG. 2 is a diagram showing waveforms at various parts during operation of the circuit of FIG. (A) shows the potential waveform of ND1, (b) shows the potential waveform of ND2, (c) shows the potential waveform of ND3, and (d) shows the potential waveform of ND4. As shown in FIG. 2, the waveforms of ND1, ND2, and ND3 are rectangular waves that are general output waveforms of a CMOS circuit. Further, ND4 has a waveform in which, due to capacitive coupling between ND4 and ND2, the potential of ND4 changes in the same direction as ND2 following the change in potential of ND2, and then is gradually charged / discharged by the potential of ND3. Become. It is assumed that the power supply voltage is 3.3V. In this way, a CR oscillation circuit can be realized with the simple circuit configuration of FIG.
図3は、発振回路の構成の別の一例を示す図である。この発振回路は特許文献3に示されている。図3において、IV1、IV4はインバータ回路を、C1、C2は容量を、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、PMn(nは整数)はPMOSトランジスタを示す。またVddは正側の電源(例えば3V)であり、GNDはGND電位(0V)である。更に、NDn(nは整数)は発振回路内部のノードを、VBGRはバンドギャップ回路から発生した一定電圧を、PBはPMOSトランジスタのバイアス電位を、NBはNMOSトランジスタのバイアス電位を示す。図3において、図1の回路に対応するノード及び素子は同一の符号で参照する。 FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the configuration of the oscillation circuit. This oscillation circuit is shown in Patent Document 3. In FIG. 3, IV1 and IV4 indicate inverter circuits, C1 and C2 indicate capacitors, NMn (n is an integer), NMOS transistors, and PMn (n is an integer) indicate PMOS transistors. Vdd is a positive power supply (for example, 3 V), and GND is a GND potential (0 V). Further, NDn (n is an integer) indicates a node in the oscillation circuit, VBGR indicates a constant voltage generated from the band gap circuit, PB indicates a bias potential of the PMOS transistor, and NB indicates a bias potential of the NMOS transistor. In FIG. 3, the nodes and elements corresponding to the circuit of FIG.
図3の回路では、一定電圧VBGRを電源とするPM3及びNM3からなるインバータにより容量C1の一端を駆動し、ノードND5の信号振幅を温度によらず一定に制御している。周波数を温度に依存しないように設計するために、PM2、NM1に流れる電流を温度に依存せず一定とするように回路を構成する。PB、NBにはPM2、NM1に流れる電流が一定となるようにバイアス電位を与える。 In the circuit of FIG. 3, one end of the capacitor C1 is driven by an inverter composed of PM3 and NM3 that uses a constant voltage VBGR as a power source, and the signal amplitude of the node ND5 is controlled to be constant regardless of temperature. In order to design the frequency so as not to depend on temperature, the circuit is configured so that the currents flowing in PM2 and NM1 are constant regardless of temperature. A bias potential is applied to PB and NB so that the current flowing through PM2 and NM1 is constant.
図3の回路では、PB、NBの電位を発生するバイアス発生回路は、全てチップ上に集積化され、温度に依存しない電流を発生するために、以下に説明するような回路構成が採用されていた。一定電流を発生させるために、抵抗に電流を流して発生する電位と基準電圧とをフィードバック制御により一致させる。オンチップ抵抗の温度依存性を考慮して基準電圧に温度依存性を持たせる。温度が上昇して抵抗値が大きくなる場合には、基準電圧も温度とともに大きくなるような正の温度依存性を持たせ、抵抗の温度依存性を、基準電圧の温度依存性で相殺し、電流が温度に依存しないように設計する。このような回路により、発振周波数が温度及び電源電圧に対して一定となるような発振回路が提供されていた。 In the circuit of FIG. 3, the bias generation circuits for generating the PB and NB potentials are all integrated on the chip, and a circuit configuration as described below is adopted in order to generate a current independent of temperature. It was. In order to generate a constant current, a potential generated by passing a current through a resistor is matched with a reference voltage by feedback control. Considering the temperature dependence of on-chip resistance, make the reference voltage temperature dependent. If the resistance value increases as temperature rises, the reference voltage also has a positive temperature dependency that increases with temperature, and the temperature dependency of the resistance is offset by the temperature dependency of the reference voltage. Is designed to be temperature independent. With such a circuit, an oscillation circuit in which the oscillation frequency is constant with respect to temperature and power supply voltage has been provided.
図4は、発振回路の構成の更に別の一例を示す図である。この発振回路は、特許文献4或いは特許文献5に示されている。図4のIVn(nは整数)はインバータ回路を、C1、C2は容量を、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、PMn(nは整数)はPMOSトランジスタを示す。Vddは正側の電源(例えば3V)であり、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。GNDはGND電位(0V)であり、PMnG(nは整数)はPMOSトランジスタのゲート信号を、NMnG(nは整数)はNMOSトランジスタのゲート信号を示す。図4において、図1及び図3の回路に対応するノード及び素子は同一の符号で参照する。 FIG. 4 is a diagram showing still another example of the configuration of the oscillation circuit. This oscillation circuit is shown in Patent Document 4 or Patent Document 5. In FIG. 4, IVn (n is an integer) indicates an inverter circuit, C1 and C2 indicate capacitances, NMn (n is an integer) indicates an NMOS transistor, and PMn (n is an integer) indicates a PMOS transistor. Vdd is a positive power supply (for example, 3 V), and NDn (n is an alphanumeric character) indicates a node inside the oscillation circuit. GND is a GND potential (0 V), PMnG (n is an integer) indicates a gate signal of the PMOS transistor, and NMnG (n is an integer) indicates a gate signal of the NMOS transistor. 4, nodes and elements corresponding to the circuits of FIGS. 1 and 3 are referred to by the same reference numerals.
図4の発振回路においては、図1の回路の抵抗の値を、トランスファゲートにより可変な抵抗値に置き換えている。抵抗値を調整することにより、発振周波数を制御することができる。
上記のCR発振回路には、以下に説明するような問題がある。 The above CR oscillation circuit has the following problems.
図1の回路では、C1、C2とR1を用いることで、電源電圧に依存しない発振周波数を実現することには成功しているが(特許文献3参照)、抵抗R1が温度に依存する場合、発振周波数変動を抑制することが難しいという欠点がある。図1のR1を例えばチップ内部に集積した場合、抵抗R1の温度依存性を小さくすることは実際上困難である。また、抵抗や容量の値が製造ばらつきにより変動すると、発振周波数も変動してしまう。つまり、図1の回路には、抵抗や容量の値が製造ばらつきにより変動すると発振周波数も変動してしまう問題と、抵抗の値が温度変動により変化すると発振周波数が変動してしまう問題とがあった。 In the circuit of FIG. 1, by using C1, C2, and R1, it has succeeded in realizing an oscillation frequency that does not depend on the power supply voltage (see Patent Document 3), but when the resistance R1 depends on temperature, There is a drawback that it is difficult to suppress oscillation frequency fluctuations. When R1 in FIG. 1 is integrated in, for example, a chip, it is practically difficult to reduce the temperature dependence of the resistor R1. In addition, when the resistance and capacitance values fluctuate due to manufacturing variations, the oscillation frequency also fluctuates. That is, the circuit of FIG. 1 has a problem that the oscillation frequency fluctuates when the resistance and capacitance values fluctuate due to manufacturing variations, and the oscillation frequency fluctuates when the resistance value changes due to temperature fluctuations. It was.
図3の回路では、抵抗の温度依存性を、あらかじめ設計した内蔵基準電圧の温度依存性で相殺し、一定電流でC1及びC2を充放電するバイアス電位PB及びNBを発生し、発振周波数の温度変動を改善することを目指している。しかしながら、C1及びC2を一定電流で充放電するためのバイアス電位NB及びPBの発生回路が必要となる。また、ノードND4の信号振幅を電源電圧や温度によらず一定とするために、VBGRを供給する必要もあり、このVBGR電位の発生回路も必要となる。 In the circuit of FIG. 3, the temperature dependence of the resistance is offset by the temperature dependence of the built-in reference voltage designed in advance, and bias potentials PB and NB that charge and discharge C1 and C2 with a constant current are generated, and the temperature of the oscillation frequency Aims to improve variability. However, a circuit for generating bias potentials NB and PB for charging and discharging C1 and C2 with a constant current is required. Further, in order to make the signal amplitude of the node ND4 constant regardless of the power supply voltage and temperature, it is necessary to supply VBGR, and a circuit for generating this VBGR potential is also required.
内蔵(オンチップ)CR発振回路を使用する1つの目的は、発振回路の停止と起動を頻繁に繰り返すような応用で、起動時間の短いCR発振回路を用いることにより発振回路の起動時の待ち時間を短くし、待ち時間における消費電力を削減することにある。2つ目の目的は、チップ外部に接続するセラミック振動子を不要とし、ピン数、部品コストを削減することにある。 One purpose of using the built-in (on-chip) CR oscillation circuit is in applications that frequently stop and start the oscillation circuit. By using a CR oscillation circuit with a short startup time, the waiting time when starting the oscillation circuit Is to reduce the power consumption during the waiting time. The second purpose is to eliminate the need for a ceramic resonator connected to the outside of the chip, and to reduce the number of pins and component costs.
1つ目の目的を達成する観点からは、図3の回路のように複雑なバイアス回路を用いるCR発振回路は、バイアス回路の安定のために要する時間の分だけ発振回路の起動時間が長くなると共に、バイアス回路自体の消費電力が大きいという問題がある。つまり消費電力の削減を目的としているにも関わらず、複雑なバイアス回路自体での消費電力の増加と起動時間の増加とにより、消費電力が増加してしまうという問題がある。 From the viewpoint of achieving the first object, the CR oscillation circuit using a complicated bias circuit such as the circuit of FIG. 3 has a longer start-up time of the oscillation circuit by the time required for stabilization of the bias circuit. In addition, there is a problem that the power consumption of the bias circuit itself is large. That is, although the purpose is to reduce power consumption, there is a problem that power consumption increases due to an increase in power consumption and an increase in start-up time in the complex bias circuit itself.
図4の回路では、図1の回路の抵抗R1を可変抵抗として発振周波数を変更可能としているので、特別なバイアス回路は必要なく、バイアス回路での電流の増加の問題は回避できる。しかしながら図4の回路には、以下に説明するような問題がある。 In the circuit of FIG. 4, since the oscillation frequency can be changed by using the resistor R1 of the circuit of FIG. 1 as a variable resistor, a special bias circuit is not necessary, and the problem of an increase in current in the bias circuit can be avoided. However, the circuit of FIG. 4 has the following problems.
例えば、容量の値の製造ばらつきの許容値を中心値に対して例えば±20%、抵抗の値の製造ばらつきの許容値を中心値に対して例えば±20%とする。この場合、ある固定の抵抗と容量とで構成されるCR時定数の値は、中心値に対して最小では0.64倍になり、最大では1.44倍になる。つまり、ある固定の抵抗と容量とで構成される発振回路の発振周波数は、設計中心に対して最小では0.69倍になり、最大では1.56倍にも変動する。 For example, an allowable value of manufacturing variation of the capacitance value is set to ± 20%, for example, with respect to the center value, and an allowable value of manufacturing variation of the resistance value is set to, for example, ± 20% with respect to the center value. In this case, the value of the CR time constant composed of a certain fixed resistance and capacitance is 0.64 times at the minimum and 1.44 times at the maximum with respect to the center value. In other words, the oscillation frequency of an oscillation circuit composed of a certain fixed resistor and capacitor is 0.69 times at the minimum with respect to the design center and varies by 1.56 times at the maximum.
特許文献4では、時計用の水晶発振回路を利用して、CR発振回路の発振周波数を調整する方法が開示されている。原理的には、図4の回路のように抵抗値を可変とし、低消費電力の基準発振回路(例えば上記の水晶発振回路)をもとに、より高周波数のCR発振回路の発振周波数を調整できる。しかしながら内蔵CR発振回路に使用する抵抗は、一般に、例えば±5%程度の温度依存性を持つことが多い。 Patent Document 4 discloses a method of adjusting the oscillation frequency of a CR oscillation circuit using a quartz crystal circuit for a watch. In principle, the resistance value is variable as in the circuit of FIG. 4, and the oscillation frequency of the higher frequency CR oscillation circuit is adjusted based on a low-power-consumption reference oscillation circuit (for example, the above-mentioned crystal oscillation circuit). it can. However, the resistance used in the built-in CR oscillation circuit generally has a temperature dependency of, for example, about ± 5%.
この内蔵抵抗の温度変動を、例えば室温に対して低温側と高温側とで±5%程度と仮定する。この場合、温度変動、容量値の製造ばらつき、及び抵抗値の製造ばらつきを考慮した際のある固定の抵抗と容量とで構成されるCR時定数の値は、中心値に対して最小では0.608倍になり、最大では1.512倍になる。つまり、ある固定の抵抗と容量で構成される発振回路の発振周波数は、設計中心に対して最小で0.661倍、最大で1.64倍も変動する。 It is assumed that the temperature fluctuation of the built-in resistor is, for example, about ± 5% between the low temperature side and the high temperature side with respect to room temperature. In this case, the value of the CR time constant composed of a fixed resistance and capacitance when temperature fluctuation, capacitance value manufacturing variation, and resistance value manufacturing variation are taken into consideration is 0. 608 times, up to 1.512 times. That is, the oscillation frequency of an oscillation circuit composed of a certain fixed resistor and capacitor varies by a minimum of 0.661 times and a maximum of 1.64 times with respect to the design center.
所望の目標周波数に対して、実際の周波数を例えば±1%程度に調整するためには、CR時定数の調整の刻みが十分小さくなければならない。ある固定の抵抗と容量で構成されるCR時定数の値が、容量の値の製造ばらつき、抵抗の値の製造ばらつき、及び抵抗値の温度変化により、中心値に対して最小で0.608倍、最大で1.512倍に変動する場合を考える。このとき、例えば図4のように抵抗値のみを調整するならば、発振周波数を設計の中心値に調整するためには、図4のR2、R3、R4、R5で構成される抵抗の抵抗値を、設計中心に対して0.661倍から1.64倍まで変更できなければならない。またその抵抗の調整の分解能も、1%程度の分解能がなければならない。 In order to adjust the actual frequency to, for example, about ± 1% with respect to the desired target frequency, the adjustment increment of the CR time constant must be sufficiently small. The CR time constant value composed of a certain fixed resistance and capacitance is 0.608 times as small as the center value due to manufacturing variations in capacitance values, manufacturing variations in resistance values, and temperature changes in resistance values. Consider a case where the maximum fluctuation is 1.512 times. At this time, for example, if only the resistance value is adjusted as shown in FIG. 4, in order to adjust the oscillation frequency to the design center value, the resistance value of the resistor constituted by R2, R3, R4, and R5 in FIG. Can be changed from 0.661 times to 1.64 times with respect to the design center. Also, the resolution of the resistance adjustment must be about 1%.
つまり、図4のR2、R3、R4、R5で構成される抵抗の抵抗値を、中心の値を1.00として0.66から1.64まで0.01刻みで変化できるようにしなければならない。0.66から1.64まで0.01刻みで変化できるようにするためには、合計の刻み数(ステップ数)が100程度となる。即ち、7ビット程度の分解能で図4の回路の抵抗値を変化させなければ、所望の目標周波数から±1%程度の範囲内に収まるように周波数を調整することができない。 That is, the resistance value of the resistor composed of R2, R3, R4, and R5 in FIG. 4 must be changed from 0.66 to 1.64 in increments of 0.01 with the center value being 1.00. . In order to be able to change from 0.66 to 1.64 in 0.01 steps, the total number of steps (number of steps) is about 100. That is, unless the resistance value of the circuit of FIG. 4 is changed with a resolution of about 7 bits, the frequency cannot be adjusted so as to be within a range of about ± 1% from the desired target frequency.
図4の回路で、R2からR5で構成される抵抗の値を、例えば、7ビット分解能で変更できるように回路を構成しようとすると、PMOS及びNMOSのペア(トランスファゲート)が127組も必要となり、回路規模が非常に大きくなる。また、127組のトランスファゲートの接合容量が、ND3の寄生容量となる。それぞれの抵抗の接続ノード(NDR2R3、NDR3R4などのノード)においても、それぞれスイッチとして働くトランスファゲートの接合容量が、寄生容量となる。このため、抵抗調整の分解能を大きくすると、CR時定数を構成する回路部分の寄生容量は、指数関数的に大きくなる。 In the circuit of FIG. 4, if the circuit is configured so that the resistance value composed of R2 to R5 can be changed with, for example, 7-bit resolution, 127 pairs of PMOS and NMOS (transfer gates) are required. The circuit scale becomes very large. The junction capacitance of 127 sets of transfer gates becomes the parasitic capacitance of ND3. Also in the connection nodes (nodes such as NDR2R3 and NDR3R4) of the respective resistors, the junction capacitance of the transfer gate that functions as a switch becomes a parasitic capacitance. For this reason, when the resolution of the resistance adjustment is increased, the parasitic capacitance of the circuit portion constituting the CR time constant increases exponentially.
このように、図4の回路では、所望の目標周波数から例えば±1%程度の範囲に設定できるように、抵抗調整の分解能を(例えば7ビット程度に)大きくしようとすると、回路規模が非常に大きくなるという問題がある。また抵抗調整の分解能を(例えば7ビット程度に)大きくしようとすると、CR時定数を構成する回路部分の寄生容量が指数関数的に大きくなり、高い周波数で発振させることが困難となるという問題がある。 As described above, in the circuit of FIG. 4, if the resolution of the resistance adjustment is increased (for example, about 7 bits) so that it can be set within a range of, for example, about ± 1% from the desired target frequency, the circuit scale becomes very large. There is a problem of growing. Further, when the resolution of the resistance adjustment is increased (for example, about 7 bits), the parasitic capacitance of the circuit portion constituting the CR time constant increases exponentially, making it difficult to oscillate at a high frequency. is there.
以上を鑑みると、抵抗及び容量の製造ばらつきや抵抗の温度変化により発振周波数が変動する問題を解決したCR発振回路が望まれる。 In view of the above, a CR oscillation circuit that solves the problem of fluctuations in oscillation frequency due to manufacturing variations in resistors and capacitors and temperature changes in resistors is desired.
また発振周波数の変動を改善するためのバイアス回路等の追加により回路全体の消費電流が増加することのないCR発振回路が望まれる。また抵抗調整の分解能を高くすることにより、回路規模が非常に大きくなるとともに、CR時定数を構成する回路部分の寄生容量が指数関数的に大きくなり高周波数での発振が困難となる問題を解決した回路が望まれる。 In addition, a CR oscillation circuit that does not increase current consumption of the entire circuit by adding a bias circuit or the like for improving fluctuations in oscillation frequency is desired. In addition, by increasing the resolution of resistance adjustment, the circuit scale becomes very large, and the parasitic capacitance of the circuit part that constitutes the CR time constant increases exponentially, making it difficult to oscillate at high frequencies. Such a circuit is desired.
CR発振回路は、正側の電源と第1の出力端との間を複数の第1のPMOSトランジスタと複数の第1の抵抗とを介して複数の電流経路で結合する第1の抵抗微調整回路と、負側の電源と第2の出力端との間を複数の第1のNMOSトランジスタと複数の第2の抵抗とを介して複数の電流経路で結合する第2の抵抗微調整回路と、該第1の出力端と第3の出力端との間を複数の第2のPMOSトランジスタと複数の第3の抵抗とを介して複数の電流経路で結合する共に、該第2の出力端と該第3の出力端との間を該複数の第3の抵抗と複数の第2のNMOSトランジスタとを介して複数の電流経路で結合する抵抗粗調整回路を含み、該正側の電源と該第3の出力端との間に介在する抵抗値及び該負側の電源と該第3の出力端との間に介在する抵抗値を可変に調整することにより発振周波数を調整することを特徴とする。 The CR oscillation circuit has a first resistance fine adjustment in which a positive power supply and a first output terminal are coupled by a plurality of current paths via a plurality of first PMOS transistors and a plurality of first resistors. A second resistance fine adjustment circuit coupled between the circuit and the negative power supply and the second output terminal through a plurality of first NMOS transistors and a plurality of second resistors through a plurality of current paths; The first output terminal and the third output terminal are coupled by a plurality of current paths via a plurality of second PMOS transistors and a plurality of third resistors, and the second output terminal And a third resistor and a third resistor and a resistor coarse adjustment circuit coupled through a plurality of current paths via a plurality of third resistors and a plurality of second NMOS transistors, The resistance value interposed between the third output terminal and the negative power supply and the third output terminal And adjusting the oscillation frequency by adjusting the anti-value variable.
本発明の少なくとも1つの実施例によれば、抵抗及び容量の製造ばらつきや抵抗の温度変化により発振周波数が変動する問題を解決することができる。また抵抗値の調整機構を階層化することにより、抵抗値の調整の分解能を大きくしても、回路規模の増加を抑えることができる。これにより、現実的な回路規模で、調整の分解能が高いCR発振回路を実現できる。また周波数調整のための素子の総数が削減できるので、回路の寄生容量を減らすことができ、より高い周波数で発振させることができる。またこの構成では複雑なバイアス回路を使用しないので、起動時間の増加の問題を回避できるとともに、バイアス回路での消費電流増加の問題を回避することができる。 According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to solve the problem that the oscillation frequency fluctuates due to manufacturing variations of resistors and capacitors and temperature changes of resistors. Further, by hierarchizing the resistance value adjustment mechanism, an increase in circuit scale can be suppressed even if the resolution of the resistance value adjustment is increased. As a result, a CR oscillation circuit having a realistic circuit scale and high adjustment resolution can be realized. Further, since the total number of elements for frequency adjustment can be reduced, the parasitic capacitance of the circuit can be reduced, and oscillation can be performed at a higher frequency. In addition, since a complicated bias circuit is not used in this configuration, the problem of an increase in startup time can be avoided and the problem of an increase in current consumption in the bias circuit can be avoided.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図7は、CR発振回路の実施例の可変抵抗回路部分を示す図である。図7のPMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、Vddは正側の電源(例えば3V)を、GNDは負側の電源(例えば接地電位0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。またNAn(nは整数)はNAND回路を、NOn(nは整数)はNOR回路を、RFn(nは整数)は微調整回路の抵抗を、RCn(nは整数)は粗調整回路の抵抗を、IV3はインバータを、IV3OはインバータIV3の出力を示す。更に、SELLn(nは整数)及びSELLnX(nは整数)は微調整回路の選択信号を、SELUn(nは整数)及びSELUnX(nは整数)は粗調整回路の選択信号を、CTUNE1は粗調整回路を示す。またFTUNEP1はPMOS側の微調整回路を、FTUNEN1はNMOS側の微調整回路を、PSはPMOS側微調整回路と粗調整回路との間の結合ノードを、NSはNMOS側微調整回路と粗調整回路との間の結合ノードを示す。 FIG. 7 is a diagram showing a variable resistance circuit portion of an embodiment of the CR oscillation circuit. In FIG. 7, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, Vdd is a positive power supply (eg 3V), and GND is a negative power supply (eg ground potential 0V). , NDn (n is an alphanumeric character) indicates a node inside the oscillation circuit. NAn (n is an integer) is a NAND circuit, NOn (n is an integer) is a NOR circuit, RFn (n is an integer) is a resistance of a fine adjustment circuit, and RCn (n is an integer) is a resistance of a coarse adjustment circuit. , IV3 indicates an inverter, and IV3O indicates an output of the inverter IV3. Further, SELLn (n is an integer) and SELLnX (n is an integer) are fine adjustment circuit selection signals, SELUn (n is an integer) and SELUnX (n is an integer) are coarse adjustment circuit selection signals, and CTUNE1 is a coarse adjustment. The circuit is shown. FTUNEP1 is a fine adjustment circuit on the PMOS side, FTUNEN1 is a fine adjustment circuit on the NMOS side, PS is a coupling node between the PMOS side fine adjustment circuit and the coarse adjustment circuit, and NS is a coarse adjustment circuit with the NMOS side fine adjustment circuit. The connection node to the circuit is shown.
PMOS側の微調整回路である第1の抵抗微調整回路FTUNEP1は、正側の電源Vddと第1の出力端PSとの間を、複数の第1のPMOSトランジスタPM12〜PM15と複数の第1の抵抗RF1〜RF3とを介して、複数の電流経路で結合する。NMOS側の微調整回路である第2の抵抗微調整回路FTUNEN1は、負側の電源GNDと第2の出力端NSとの間を複数の第1のNMOSトランジスタNM12〜NM15と複数の第2の抵抗RF4〜RF6とを介して複数の電流経路で結合する。抵抗粗調整回路CTUNE1は、第1の出力端PSと第3の出力端ND4との間を複数の第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11と複数の第3の抵抗RC1〜RC4とを介して複数の電流経路で結合する。抵抗粗調整回路CTUNE1は更に、第2の出力端NSと第3の出力端ND4との間を上記複数の第3の抵抗RC1〜RC4と複数の第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11とを介して複数の電流経路で結合する。なお第3の抵抗RC1〜RC4の抵抗値(10R)は、第1の抵抗RF1〜RF3の抵抗値(R)及び第2の抵抗RF4〜RF6の抵抗値(R)よりも大きい。この構成により、正側の電源Vddと第3の出力端ND4との間に介在する抵抗値及び負側の電源GNDと第3の出力端ND4との間に介在する抵抗値を可変に調整することができる。 The first resistance fine adjustment circuit FTUNEP1, which is a PMOS fine adjustment circuit, is connected between the positive power supply Vdd and the first output terminal PS, and a plurality of first PMOS transistors PM12 to PM15 and a plurality of first PMOS transistors PM12 to PM15. Are coupled by a plurality of current paths through the resistors RF1 to RF3. The second resistance fine adjustment circuit FTUNEN1, which is a fine adjustment circuit on the NMOS side, includes a plurality of first NMOS transistors NM12 to NM15 and a plurality of second NMOSs between the negative power supply GND and the second output terminal NS. The resistors RF4 to RF6 are coupled through a plurality of current paths. The coarse resistance adjustment circuit CTUNE1 includes a plurality of second PMOS transistors PM8 to PM11 and a plurality of third resistors RC1 to RC4 between the first output terminal PS and the third output terminal ND4. Couple in current path. The coarse resistance adjustment circuit CTUNE1 is further connected between the second output terminal NS and the third output terminal ND4 via the plurality of third resistors RC1 to RC4 and the plurality of second NMOS transistors NM8 to NM11. Couple with multiple current paths. The resistance values (10R) of the third resistors RC1 to RC4 are larger than the resistance values (R) of the first resistors RF1 to RF3 and the resistance values (R) of the second resistors RF4 to RF6. With this configuration, the resistance value interposed between the positive power supply Vdd and the third output terminal ND4 and the resistance value interposed between the negative power supply GND and the third output terminal ND4 are variably adjusted. be able to.
より具体的には、第1の抵抗微調整回路FTUNEP1においては、複数の第1の抵抗RF1〜RF3が直列に接続される。また各第1の抵抗の一端のノード(NDRF1、NDRF1RF2、NDRF2RF3、PS)に各第1のPMOSトランジスタPM12〜PM15のドレインが接続される。更に、複数の第1のPMOSトランジスタPM12〜PM15のソースが正側の電源Vddに接続される。複数の第1のPMOSトランジスタPM12〜PM15のうちの1つを、外部のデコーダ等から指定する選択信号SELL1X〜SELL4Xにより導通状態とすることにより、正側の電源Vddと第1の出力端PSとの間の抵抗値を決定する。 More specifically, in the first resistance fine adjustment circuit FTUNEP1, a plurality of first resistors RF1 to RF3 are connected in series. The drains of the first PMOS transistors PM12 to PM15 are connected to a node (NDRF1, NDRF1RF2, NDRF2RF3, PS) at one end of each first resistor. Further, the sources of the plurality of first PMOS transistors PM12 to PM15 are connected to the positive power supply Vdd. By making one of the plurality of first PMOS transistors PM12 to PM15 conductive by selection signals SELL1X to SELL4X designated from an external decoder or the like, the positive power supply Vdd and the first output terminal PS Determine the resistance value between.
第2の抵抗微調整回路FTUNEN1においては、複数の第2の抵抗RF4〜RF6が直列に接続される。また各第2の抵抗RF4〜RF6の一端のノード(NDRF4、NDRF4RF5、NDRF5RF6、NS)に各第1のNMOSトランジスタNM12〜NM15のドレインが接続される。更に、複数の第1のNMOSトランジスタNM12〜NM15のソースが負側の電源GNDに接続される。複数の第1のNMOSトランジスタNM12〜NM15のうちの1つを、外部のデコーダ等から指定する選択信号SELL1〜SELL4により導通状態とすることにより、負側の電源GNDと第2の出力端NSとの間の抵抗値を決定する。 In the second resistance fine adjustment circuit FTUNEN1, a plurality of second resistors RF4 to RF6 are connected in series. The drains of the first NMOS transistors NM12 to NM15 are connected to nodes (NDRF4, NDRF4RF5, NDRF5RF6, NS) at one end of the second resistors RF4 to RF6. Further, the sources of the plurality of first NMOS transistors NM12 to NM15 are connected to the negative power supply GND. By making one of the plurality of first NMOS transistors NM12 to NM15 conductive by selection signals SELL1 to SELL4 designated from an external decoder or the like, the negative power supply GND and the second output terminal NS Determine the resistance value between.
抵抗粗調整回路CTUNE1においては、複数の第3の抵抗RC1〜RC4が直列に接続される。また各第3の抵抗RC1〜RC4の一端のノード(NDRC1、NDRC1RC2、NDRC2RC3、NDRC3RC4)に各第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11のドレイン及び各第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11のドレインが接続される。更に、複数の第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11のソースが第1の出力端PSに接続され、複数の第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11のソースが第2の出力端NSに接続される。複数の第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11のうちの1つを導通状態とすることにより、第1の出力端PSと第3の出力端ND4との間の抵抗値を決定する。この際の導通トランジスタの選択は、インバータIV3の出力がHIGHの時に、外部のデコーダ等から指定する選択信号SELU1〜SELU4の1つをHIGHにすることで行なわれる。また複数の第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11のうちの1つを導通状態とすることにより、第2の出力端NSと第3の出力端ND4との間の抵抗値を決定する。この際の導通トランジスタの選択は、インバータIV3の出力がLOWの時に、外部のデコーダ等から指定する選択信号SELU1X〜SELU4Xの1つをLOWにすることで行なわれる。 In the coarse resistance adjustment circuit CTUNE1, a plurality of third resistors RC1 to RC4 are connected in series. The drains of the second PMOS transistors PM8 to PM11 and the drains of the second NMOS transistors NM8 to NM11 are connected to nodes (NDRC1, NDRC1RC2, NDRC2RC3, and NDRC3RC4) of one end of the third resistors RC1 to RC4. . Further, the sources of the plurality of second PMOS transistors PM8 to PM11 are connected to the first output terminal PS, and the sources of the plurality of second NMOS transistors NM8 to NM11 are connected to the second output terminal NS. The resistance value between the first output terminal PS and the third output terminal ND4 is determined by turning on one of the plurality of second PMOS transistors PM8 to PM11. Selection of the conduction transistor at this time is performed by setting one of selection signals SELU1 to SELU4 designated by an external decoder or the like to HIGH when the output of the inverter IV3 is HIGH. In addition, the resistance value between the second output terminal NS and the third output terminal ND4 is determined by turning on one of the plurality of second NMOS transistors NM8 to NM11. Selection of the conduction transistor at this time is performed by setting one of selection signals SELU1X to SELU4X designated by an external decoder or the like to LOW when the output of the inverter IV3 is LOW.
なお図7の回路は、図1のCR発振回路において、インバータIV3と抵抗R1とを置き換えるものであ。インバータIV3と抵抗R1とを図7の回路で置き換えることにより、発振周波数を決める抵抗値及び容量値の一方である抵抗値を可変とすることにより、発振周波数を可変に調整することができる。 The circuit in FIG. 7 replaces the inverter IV3 and the resistor R1 in the CR oscillation circuit in FIG. By replacing the inverter IV3 and the resistor R1 with the circuit of FIG. 7, the oscillation frequency can be variably adjusted by making the resistance value one of the resistance value and the capacitance value that determine the oscillation frequency variable.
そのような発振周波数調整可能なCR発振回路は、具体的には、図1に示されるように、第1のノードND1を出力端とする第1のインバータIV1と、第1のノードND1を入力端とし第2のノードND2を出力端とする第2のインバータIV2とを含む。またCR発振回路は更に、第2のノードND2を入力端とし第3のノードND3を出力端とする第3のインバータIV3と、第1のインバータIV1の入力端である第4のノードND4と第2のノードND2との間を接続する容量素子C1とを含む。ここで図7に示される上記の第1の抵抗微調整回路FTUNEP1、第2の抵抗微調整回路FTUNEN1、及び抵抗粗調整回路CTUNE1を含む抵抗調整回路が、第3のノードND3と第4のノードND4との間に設けられる。複数の第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11のゲート及び複数の第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11のゲート側にて第3のノードND3から入力を受け取り、図7に示す第3の出力端ND4が図1に示す第4のノードND4に接続される。 Specifically, as shown in FIG. 1, such a CR oscillation circuit capable of adjusting the oscillation frequency receives a first inverter IV1 having a first node ND1 as an output terminal and a first node ND1 as inputs. And a second inverter IV2 having an end and a second node ND2 as an output end. The CR oscillation circuit further includes a third inverter IV3 having the second node ND2 as an input terminal and a third node ND3 as an output terminal, a fourth node ND4 serving as an input terminal of the first inverter IV1, and a third node ND4. And a capacitive element C1 connecting the two nodes ND2. Here, the resistance adjustment circuit including the first fine resistance adjustment circuit FTUNEP1, the second fine resistance adjustment circuit FTUNEN1, and the coarse resistance adjustment circuit CTUNE1 shown in FIG. 7 includes the third node ND3 and the fourth node. Provided with ND4. The third output terminal ND4 shown in FIG. 7 receives an input from the third node ND3 on the gate sides of the plurality of second PMOS transistors PM8 to PM11 and the gate sides of the plurality of second NMOS transistors NM8 to NM11. 1 is connected to the fourth node ND4 shown in FIG.
また上記抵抗調整回路においては、複数のNAND回路NA1〜NA4が、複数の第2のPMOSトランジスタPM8〜PM11のゲートをそれぞれ駆動する。また複数のNOR回路NO1〜NO4が、複数の第2のNMOSトランジスタNM8〜NM11のゲートをそれぞれ駆動する。複数のNAND回路NA1〜NA4及び複数のNOR回路NO1〜NO4の2入力の一方の入力には、共通の信号として第3のノードND3の信号IV3Oが入力される。NAND回路NA1〜NA4の他方の入力には、外部から指定する選択信号SELU1〜SELU4が供給される。またNOR回路NO1〜NO4の他方の入力には、外部から指定する選択信号SELU1X〜SELU4Xが供給される。 In the resistance adjustment circuit, the plurality of NAND circuits NA1 to NA4 drive the gates of the plurality of second PMOS transistors PM8 to PM11, respectively. The plurality of NOR circuits NO1 to NO4 drive the gates of the plurality of second NMOS transistors NM8 to NM11, respectively. The signal IV3O of the third node ND3 is input as a common signal to one of the two inputs of the plurality of NAND circuits NA1 to NA4 and the plurality of NOR circuits NO1 to NO4. Selection signals SELU1 to SELU4 designated from the outside are supplied to the other inputs of the NAND circuits NA1 to NA4. Further, select signals SELU1X to SELU4X designated from the outside are supplied to the other inputs of the NOR circuits NO1 to NO4.
以下に、図7の回路の特長を説明する。図4の従来回路では、抵抗調整の分解能を高くしようとすると回路規模が大きくなることを、従来回路の問題点として説明した。そのほかにも、図4の従来回路には、以下に説明するような問題がある。 The features of the circuit of FIG. 7 will be described below. In the conventional circuit of FIG. 4, it has been explained as a problem of the conventional circuit that the circuit scale increases when the resolution of the resistance adjustment is increased. In addition, the conventional circuit of FIG. 4 has the following problems.
図4の回路では、スイッチMOS、PM4からPM6、NM4からNM6がすべてOFFのとき、抵抗の抵抗値はR2+R3+R4+R5となる(R2、R3、R4、R5のそれぞれの抵抗値もR2、R3、R4、R5であらわすものとする)。一方、PM4とNM4がONで、残りのスイッチMOSがOFFしているときの抵抗は、RMOS+R3+R4+R5となる(PM4とNM4のON抵抗をRMOSで表すものとする)。PM5とNM5がONで、残りのスイッチMOSがOFFしているときの抵抗は、RMOS+R4+R5となる。PM6とNM6がONで、残りのスイッチMOSがOFFしているときの抵抗は、RMOS+R5となる。 In the circuit of FIG. 4, when the switches MOS, PM4 to PM6, and NM4 to NM6 are all OFF, the resistance value of the resistor becomes R2 + R3 + R4 + R5 (the resistance values of R2, R3, R4, and R5 are also R2, R3, R4, R5). On the other hand, the resistance when PM4 and NM4 are ON and the remaining switch MOSs are OFF is RMOS + R3 + R4 + R5 (the ON resistance of PM4 and NM4 is represented by RMOS). The resistance when PM5 and NM5 are ON and the remaining switch MOSs are OFF is RMOS + R4 + R5. The resistance when PM6 and NM6 are ON and the remaining switch MOSs are OFF is RMOS + R5.
つまり、抵抗値が最大のときと、それ以外のときで、切り替えている抵抗以外に、スイッチMOSのON抵抗分の差が生じてしまう。このため、抵抗値の変化量を一定にしようとすると、R2とR3の抵抗値を同一にできず、スイッチMOSのON抵抗を考慮して設計しなければならず、設計が複雑になる問題がある。 In other words, a difference corresponding to the ON resistance of the switch MOS is generated in addition to the resistance being switched between when the resistance value is maximum and other times. For this reason, if the change amount of the resistance value is made constant, the resistance values of R2 and R3 cannot be made the same, and the design must be made in consideration of the ON resistance of the switch MOS, resulting in a complicated design. is there.
図5は、図4の回路の変形例を示す図である。図5の回路は、図4の可変抵抗部分だけを抜き出して、改良を加えたものとなっている。図5の回路と図4の回路との違いは、NM7、PM7だけなので、この部分の働きを説明する。図5において、図4の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示し、重複する説明は省略する。R2〜R5に添えられた符号Rは、抵抗値が例えばRであることを示す。 FIG. 5 is a diagram showing a modification of the circuit of FIG. The circuit of FIG. 5 is obtained by improving only the variable resistance portion of FIG. The difference between the circuit of FIG. 5 and the circuit of FIG. 4 is only NM7 and PM7, so the operation of this part will be described. In FIG. 5, elements having the same functions as those of the circuit of FIG. 4 and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. A symbol R attached to R2 to R5 indicates that the resistance value is R, for example.
ゲートにVddを加えたNM7とゲートにGND電位を加えたPM7とを、R2と直列に接続することにより、選択できる抵抗の値は、RMOS+R2+R3+R4+R5、RMOS+R3+R4+R5、RMOS+R4+R5、RMOS+R5となる。図4の回路を図5のように改良することにより、MOSのON抵抗により、切り替える抵抗の刻みが影響を受ける問題は避けることができるようになる。ところが、可変抵抗回路の抵抗は、R2からR5の抵抗とスイッチMOSの抵抗との和となってしまう。つまり、図4の従来回路及び図5の回路には、分解能を大きくしたときに回路規模が大きくなる問題に加えて、スイッチMOSのON抵抗が加算されてしまう問題もある。この図4及び図5の問題を解決する回路の1つとして、図6のような回路構成を採用することが可能である。 By connecting NM7 with Vdd applied to the gate and PM7 with GND potential applied to the gate in series with R2, the selectable resistance values are RMOS + R2 + R3 + R4 + R5, RMOS + R3 + R4 + R5, RMOS + R4 + R5, and RMOS + R5. By improving the circuit of FIG. 4 as shown in FIG. 5, the problem that the step of the resistance to be switched is affected by the ON resistance of the MOS can be avoided. However, the resistance of the variable resistance circuit is the sum of the resistances R2 to R5 and the resistance of the switch MOS. That is, the conventional circuit of FIG. 4 and the circuit of FIG. 5 have a problem that the ON resistance of the switch MOS is added in addition to the problem that the circuit scale increases when the resolution is increased. As one of the circuits for solving the problems shown in FIGS. 4 and 5, a circuit configuration as shown in FIG. 6 can be adopted.
図6は、図1のIV3とR1を置き換える可変抵抗回路の一例を示す図である。図6のPMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、Vddは正側の電源(例えば3V)を、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。またNAn(nは整数)はNAND回路を、NOn(nは整数)はNOR回路を、Rn(nは整数)は抵抗を、IV3はインバータを、IV3OはインバータIV3の出力を示す。SELn(nは整数)及びSELnX(nは整数)は選択信号を示している。R2〜R5に添えられた符号Rは、抵抗値が例えばRであることを示す。図6において、図1、図3、図4、図5等の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示す。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a variable resistance circuit that replaces IV3 and R1 in FIG. In FIG. 6, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, Vdd is a positive power supply (for example, 3 V), GND is a GND potential (0 V), and NDn (n is an integer). Alphanumeric characters indicate nodes inside the oscillation circuit. NAn (n is an integer) is a NAND circuit, NOn (n is an integer) is a NOR circuit, Rn (n is an integer) is a resistor, IV3 is an inverter, and IV3O is an output of the inverter IV3. SELn (n is an integer) and SELnX (n is an integer) indicate selection signals. A symbol R attached to R2 to R5 indicates that the resistance value is R, for example. In FIG. 6, elements having the same functions as the circuits of FIGS. 1, 3, 4, 5, etc. and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals.
SEL1からSEL4のうち1つだけがHになり、SEL1XからSEL4Xのうち、それと相補な信号だけがLになるように制御する。例えばSEL1がH、SEL2からSEL4がL、SEL1XがL、SEL2XからSEL4XがHのときは、ND2がHならPM8だけがONする。可変抵抗はR2+R3+R4+R5となる。このときPM9からPM11、NM8からNM11はOFFとなる。 Control is performed so that only one of SEL1 to SEL4 becomes H and only a signal complementary to SEL1X to SEL4X becomes L. For example, when SEL1 is H, SEL2 to SEL4 are L, SEL1X is L, and SEL2X to SEL4X are H, if ND2 is H, only PM8 is turned ON. The variable resistance is R2 + R3 + R4 + R5. At this time, PM9 to PM11 and NM8 to NM11 are OFF.
抵抗値を変更するには、SEL1からSEL4のうちHとする信号を変更すればよい。SEL1からSEL4、SEL1XからSEL4Xは、デコーダ回路で発生することができる。例えば、SEL3をH、SEL3XをL、SEL1、SEL2、SEL4をL、SEL1X、SEL2X、SEL4XをHとしたときには、PM10、NM10が駆動トランジスタとして選択される。ND2がHのときにはPM10だけがONし、ND2がLのときにはNM10だけがONとなる。このとき図6の可変抵抗回路の抵抗はR4+R5となる。 In order to change the resistance value, it is only necessary to change the signal set to H among SEL1 to SEL4. SEL1 to SEL4 and SEL1X to SEL4X can be generated by a decoder circuit. For example, when SEL3 is H, SEL3X is L, SEL1, SEL2, and SEL4 are L, and SEL1X, SEL2X, and SEL4X are H, PM10 and NM10 are selected as drive transistors. When ND2 is H, only PM10 is ON, and when ND2 is L, only NM10 is ON. At this time, the resistance of the variable resistance circuit of FIG. 6 is R4 + R5.
図6のような回路構成を採用することで、前述の図5の回路の問題、即ちスイッチMOSのON抵抗が可変抵抗回路の抵抗として加算される問題を回避することができる。抵抗の一端のノードを駆動する図6のPM8、NM8、PM9、NM9、PM10、NM10、PM11、NM11が、図5のIV3と同じくソースを電源に接続されたMOSとなるので、図6の構成は、図5の構成にくらべて、直列抵抗が小さい利点がある。 By adopting the circuit configuration as shown in FIG. 6, it is possible to avoid the problem of the circuit shown in FIG. 5, that is, the problem that the ON resistance of the switch MOS is added as the resistance of the variable resistance circuit. The PM8, NM8, PM9, NM9, PM10, NM10, PM11, and NM11 in FIG. 6 that drive the node at one end of the resistor are the MOSs whose sources are connected to the power supply, similar to IV3 in FIG. Is advantageous in that the series resistance is small compared to the configuration of FIG.
図6の回路では、図5の回路に比べて、スイッチMOSのON抵抗が可変抵抗回路の抵抗として加算されない利点はあるが、図4及び図5の回路と同様に、抵抗の調整の分解能を大きくすると指数関数的に回路規模が増加するという問題が解決されていない。前述の図7に示す抵抗調整回路では、階層化された抵抗調整機能を実現し、回路規模の削減を実現している。 The circuit of FIG. 6 has an advantage that the ON resistance of the switch MOS is not added as the resistance of the variable resistance circuit compared to the circuit of FIG. 5, but the resistance adjustment resolution is reduced as in the circuits of FIGS. The problem that the circuit scale increases exponentially when the value is increased has not been solved. In the resistance adjustment circuit shown in FIG. 7 described above, a hierarchical resistance adjustment function is realized, and the circuit scale is reduced.
図7に示す粗調整回路CTUNE1では、RC1からRC4に添えられた符号10Rは、例えば、これらの抵抗の抵抗値が10Rであることを示している。CTUNE1の回路構成が図6の回路とほぼ同様の構成となっていることから、図6の回路と同様、図4及び図5の回路と比較して、スイッチMOSのON抵抗が直列接続されない利点があることがいえる。
In the coarse adjustment circuit CTUNE1 shown in FIG. 7,
SELU1からSELU4のうち1つだけが、Hになり、SELU1XからSELU4Xのうち、それと相補な信号だけがLになるように制御する。例えばSELU1がH、SELU2からSELU4がL、SELU1XがL、SELU2XからSELU4XがHのときは、ND2がLならPM8だけがONする。可変抵抗はRC1+RC2+RC3+RC4となる。このときPM9からPM11、NM8からNM11はOFFとなる。 Control is performed so that only one of SELU1 to SELU4 becomes H and only a signal complementary to SELU1X to SELU4X becomes L. For example, when SELU1 is H, SELU2 to SELU4 are L, SELU1X is L, and SELU2X to SELU4X are H, if ND2 is L, only PM8 is turned ON. The variable resistance is RC1 + RC2 + RC3 + RC4. At this time, PM9 to PM11 and NM8 to NM11 are OFF.
抵抗値を変更するには、SELU1からSELU4のうちHとする信号を変更すればよい。SELU1からSELU4、SELU1XからSELU4Xは、デコーダ回路で発生することができる。例えば、SELU2をH、SELU2XをL、SELU1、SELU3、SELU4をL、SELU1X、SELU3X、SELU4XをHとしたときには、PM9、NM9が駆動トランジスタとして選択される。ND2がLのときにはPM9だけがONし、ND2がHのときにはNM9だけがONとなる。このとき可変抵抗回路の抵抗はRC2+RC3+RC4となる。SELU1からSELU4とSELU1XからSELU4Xを用いて抵抗値を変更することで、例えば、図7の例では、抵抗値を、10R、20R、30R、40Rの中から選択することができるようになる。 In order to change the resistance value, it is only necessary to change the signal of H among SELU1 to SELU4. SELU1 to SELU4 and SELU1X to SELU4X can be generated in the decoder circuit. For example, when SELU2 is H, SELU2X is L, SELU1, SELU3, and SELU4 are L, and SELU1X, SELU3X, and SELU4X are H, PM9 and NM9 are selected as drive transistors. When ND2 is L, only PM9 is ON, and when ND2 is H, only NM9 is ON. At this time, the resistance of the variable resistance circuit is RC2 + RC3 + RC4. By changing the resistance value using SELU1 to SELU4 and SELU1X to SELU4X, for example, in the example of FIG. 7, the resistance value can be selected from 10R, 20R, 30R, and 40R.
図6の回路と、図7の回路が異なる点は、図7では、抵抗の粗調整回路CTUNE1に加えて、微調整回路が用意されている点にある。抵抗の微調整回路FTUNEP1の動作を説明する。SELL1XからSELL4Xは、微調整用抵抗の選択信号として働く。例えば、SELL1XがL、SELL2XからSELL4XがHの場合は、PM12がON、PM13、PM14、PM15がOFFとなり、FTUNEP1の抵抗は、RF1+RF2+RF3となる。SELL2XがL、SELL1X、SELL3X、SELL4XがHの場合は、PM13がON、PM12、PM14、PM15がOFFとなる。FTUNEP1の抵抗はRF2+RF3となる。PM12からPM15により選択された抵抗はPSに接続され、CTUNE1のPMOSのソースに供給される。SELL1XからSELL4Xのどれか1つをLとすることで、PSに接続される抵抗は、図7の例では、0、R、2R、3Rのどれか1つを選択できる。 The circuit of FIG. 6 differs from the circuit of FIG. 7 in that a fine adjustment circuit is prepared in addition to the resistance coarse adjustment circuit CTUNE1 in FIG. The operation of the resistance fine adjustment circuit FTUNEP1 will be described. SELL1X to SELL4X serve as selection signals for fine adjustment resistors. For example, when SELL1X is L and SELL2X to SELL4X are H, PM12 is ON, PM13, PM14, and PM15 are OFF, and the resistance of FTUNEP1 is RF1 + RF2 + RF3. When SELL2X is L, SELL1X, SELL3X, and SELL4X are H, PM13 is ON, PM12, PM14, and PM15 are OFF. The resistance of FTUNEP1 is RF2 + RF3. The resistance selected by PM12 to PM15 is connected to PS and supplied to the source of the PMOS of CTUNE1. By setting any one of SELL1X to SELL4X to L, the resistance connected to PS can select any one of 0, R, 2R, and 3R in the example of FIG.
ND2がLのとき、ND4はHとなる。このND4がLからHに変化する時定数を、容量と図7の回路の抵抗とで調整する。例えば、SELL1XがL、SELL2XからSELL4XがHの場合は、PM12がON、PM13、PM14、PM15がOFFとなり、FTUNEP1の抵抗は、RF1+RF2+RF3となる。FTUNEP1の抵抗は、3Rとなる。例えばSELU1がH、SELU2からSELU4がL、SELU1XがL、SELU2XからSELU4XがHのときは、ND2がLならPM8だけがONする。可変抵抗はRC1+RC2+RC3+RC4となる。CTUNE1の抵抗値は40Rとなる。PM8のソースには、PSを介してFTUNEP1の抵抗値である3Rが接続されるので、合計抵抗値は43Rとなる。 When ND2 is L, ND4 is H. The time constant at which ND4 changes from L to H is adjusted by the capacitance and the resistance of the circuit of FIG. For example, when SELL1X is L and SELL2X to SELL4X are H, PM12 is ON, PM13, PM14, and PM15 are OFF, and the resistance of FTUNEP1 is RF1 + RF2 + RF3. The resistance of FTUNEP1 is 3R. For example, when SELU1 is H, SELU2 to SELU4 are L, SELU1X is L, and SELU2X to SELU4X are H, if ND2 is L, only PM8 is turned ON. The variable resistance is RC1 + RC2 + RC3 + RC4. The resistance value of CTUNE1 is 40R. Since the 3R, which is the resistance value of FTUNEP1, is connected to the source of PM8 via PS, the total resistance value is 43R.
このように、祖調整回路CTUNE1の抵抗と、微調整回路FTUNEP1の抵抗をそれぞれ変更することで、合計抵抗を、図7の場合は16通りに変化させることができる。上の説明では、ND2がLのときの動作を説明したが、ND2がHのときはNMOS側の微調整回路FTUNEN1により、NSに接続される抵抗の値を微調整することで、ND4の時定数を調整することができる。この際、SELL1からSELL4とSELL1XからSELL4Xとを互いに相補な信号としておくことで、PSに接続される微調整回路の抵抗とNSに接続される微調整回路の抵抗とを同じ値とすることができる。 In this way, the total resistance can be changed to 16 in the case of FIG. 7 by changing the resistance of the ancestor adjustment circuit CTUNE1 and the resistance of the fine adjustment circuit FTUNEP1, respectively. In the above description, the operation when ND2 is L has been described. When ND2 is H, the fine adjustment circuit FTUNEN1 on the NMOS side finely adjusts the value of the resistor connected to NS, so that The constant can be adjusted. At this time, by setting SELL1 to SELL4 and SELL1X to SELL4X as complementary signals, the resistance of the fine adjustment circuit connected to PS and the resistance of the fine adjustment circuit connected to NS can be set to the same value. it can.
図7の回路のように、抵抗の調整を階層化することで、回路規模を削減することができる。図7では、図を簡単にするために、微調整に2ビット、粗調整に2ビット、合計4ビット調整の場合を示した。図4の回路で、4ビット、16通りの抵抗値調整を実現しようとすると、MOSスイッチは16組必要となる。一方、図7の回路では、微調整回路に4組のMOSスイッチ、粗調整回路に4組のMOSスイッチ、合計8組のMOSスイッチで、16通りの抵抗値の変更が可能となっている。図7では、図を簡単にするために、2ビット+2ビットの場合を示したが、実際に必要な8ビット程度の調整分解能を実現する場合には、例えば、微調整回路を4ビット、粗調整回路を4ビットとする。この場合、微調整回路のMOSスイッチの数は16組、粗調整回路のMOSスイッチの数は16組となる。合計のスイッチの数は32組となる。これに対して、図4の回路で8ビットの調整分解能を実現すると、必要なMOSスイッチの数は256組となる。 As in the circuit of FIG. 7, the circuit scale can be reduced by layering the resistance adjustment. In FIG. 7, for the sake of simplifying the drawing, a case of 2 bits for fine adjustment, 2 bits for coarse adjustment, and a total of 4 bits is shown. In the circuit of FIG. 4, 16 sets of MOS switches are required to achieve 16-bit resistance value adjustment in 4 bits. On the other hand, in the circuit of FIG. 7, the resistance value can be changed in 16 ways with 4 sets of MOS switches in the fine adjustment circuit, 4 sets of MOS switches in the coarse adjustment circuit, and 8 sets of MOS switches in total. FIG. 7 shows the case of 2 bits + 2 bits for the sake of simplicity. However, in order to realize the adjustment resolution of about 8 bits that is actually required, for example, the fine adjustment circuit is composed of 4 bits and coarse adjustment circuits. The adjustment circuit is 4 bits. In this case, the number of MOS switches in the fine adjustment circuit is 16, and the number of MOS switches in the coarse adjustment circuit is 16. The total number of switches is 32 sets. On the other hand, when the 8-bit adjustment resolution is realized by the circuit of FIG. 4, the number of necessary MOS switches is 256 sets.
図7の回路のように、微調整回路を電源側つまりPSとVddとの間及びNSとGNDとの間に設けることで、PS及びNSの電位をそれぞれ電源電位Vdd及びGNDに近い電位とすることができる。これにより、粗調整回路のMOSトランジスタのゲートとソースとの間の電圧を最も大きな電位として使用することができ、MOSトランジスタのON抵抗をできるだけ小さく保って、微調整及び粗調整による階層化を実現できるという利点が得られる。 As shown in the circuit of FIG. 7, by providing a fine adjustment circuit on the power source side, that is, between PS and Vdd and between NS and GND, the potentials of PS and NS are made close to the power source potentials Vdd and GND, respectively. be able to. As a result, the voltage between the gate and source of the MOS transistor of the coarse adjustment circuit can be used as the largest potential, and the ON resistance of the MOS transistor is kept as small as possible, and the hierarchy by fine adjustment and coarse adjustment is realized. The advantage that it can be obtained.
図8は、容量を可変とした場合のCR発振回路の回路例を示す図である。図8の回路は、図7の回路の特長を他の回路と比較して説明するために示される。図8のPMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを、R1は抵抗を、IVn(nは整数)はインバータを示す。またCn(nは整数)は容量を、PM16G、NM16G、PM17G、NM17Gは、それぞれ、PM16、NM16、PM17、NM17のゲート信号を示す。図8において、図1、図3、図4、図5、図6等の回路と同じ働きをする素子、対応するノードには、同じ符号を与えて対応関係を示している。 FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit example of the CR oscillation circuit when the capacitance is variable. The circuit of FIG. 8 is shown to explain the features of the circuit of FIG. 7 in comparison with other circuits. In FIG. 8, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, GND is a GND potential (0V), NDn (n is an alphanumeric character) is a node inside the oscillation circuit, R1 Represents a resistance, and IVn (n is an integer) represents an inverter. Cn (n is an integer) indicates a capacity, and PM16G, NM16G, PM17G, and NM17G indicate gate signals of PM16, NM16, PM17, and NM17, respectively. In FIG. 8, elements having the same functions as those in the circuits of FIGS. 1, 3, 4, 5, 6 and the like and corresponding nodes are given the same reference numerals to indicate the corresponding relationship.
図4の従来回路では、抵抗値を調整することにより発振周波数を調整していた。一方図8の回路では、抵抗R1は一定としながら容量値を調整することにより、発振周波数を調整している。 In the conventional circuit of FIG. 4, the oscillation frequency is adjusted by adjusting the resistance value. On the other hand, in the circuit of FIG. 8, the oscillation frequency is adjusted by adjusting the capacitance value while keeping the resistance R1 constant.
つまり、容量の値の製造ばらつき、抵抗の値の製造ばらつき、抵抗値の温度変化により、発振周波数が、目標周波数に対してずれた場合に、容量値を変更して、発振周波数を調整する回路構成となっている。図8で、C1からC6に添えられた1pF、0.1pFの数値は、C1からC6の値の例を示している。PM16G、PM17GがH、NM16G、NM17GがLの場合には、PM16、PM17、NM16、NM17はOFFとなる。このときND4の容量はC1とC2だけとなる。PM16GをL、PM17GをH、NM16GをH、NM17GをLとすると、NM16、PM16はON、NM17、PM17はOFFとなるので、ND4には、PM16、NM16を通して、C3、C4も接続される。PM17、NM17はOFFなので、C5、C6はND4に接続されない。つまり、PM16GをL、PM17GをH、NM16GをH、NM17GをLとすると、ND4の容量はC1、C2、C3、C4となる。 In other words, a circuit that adjusts the oscillation frequency by changing the capacitance value when the oscillation frequency deviates from the target frequency due to manufacturing variations in capacitance values, manufacturing variations in resistance values, or temperature changes in resistance values. It has a configuration. In FIG. 8, numerical values of 1 pF and 0.1 pF attached to C1 to C6 indicate examples of values of C1 to C6. When PM16G and PM17G are H, NM16G and NM17G are L, PM16, PM17, NM16 and NM17 are OFF. At this time, the capacity of ND4 is only C1 and C2. When PM16G is L, PM17G is H, NM16G is H, and NM17G is L, NM16 and PM16 are ON, NM17 and PM17 are OFF, so C3 and C4 are also connected to ND4 through PM16 and NM16. Since PM17 and NM17 are OFF, C5 and C6 are not connected to ND4. That is, when PM16G is L, PM17G is H, NM16G is H, and NM17G is L, the capacities of ND4 are C1, C2, C3, and C4.
PM16GをL、PM17GをL、NM16GをH、NM17GをHとすると、NM16、PM16、NM17、PM17はONとなるので、ND4には、PM16、NM16
、PM17、NM17を通して、C3、C4、C5、C6も接続される。つまり、PM16GをL、PM17GをL、NM16GをH、NM17GをHとすると、ND4の容量はC1、C2、C3、C4、C5、C6となる。
When PM16G is set to L, PM17G is set to L, NM16G is set to H, and NM17G is set to H, NM16, PM16, NM17, and PM17 are turned on. Therefore, ND4 includes PM16, NM16.
, PM17, and NM17, C3, C4, C5, and C6 are also connected. That is, when PM16G is L, PM17G is L, NM16G is H, and NM17G is H, the capacities of ND4 are C1, C2, C3, C4, C5, and C6.
このように、図8の回路のような構成を採用することにより、容量値を変化させて発振周波数を調整することが可能である。しかしながら、図8のような回路構成には、以下のような問題がある。 As described above, by adopting a configuration such as the circuit of FIG. 8, it is possible to adjust the oscillation frequency by changing the capacitance value. However, the circuit configuration as shown in FIG. 8 has the following problems.
例えば、容量値及び抵抗値両方の製造ばらつきにより、容量値及び抵抗値がともに設計値より小さくなった場合、図8の回路では、PM16、NM16、PM17、NM17をONとして、ノードND4の容量値を増加して、発振周波数を目標周波数に調整する。図8では、図を簡単にするために、MOSスイッチは、PM16、NM16、PM17、NM17の2組しか図示されていないが、実際の回路では、周波数調整に必要な数が用意されているものとする。 For example, when both the capacitance value and the resistance value become smaller than the design values due to manufacturing variations in both the capacitance value and the resistance value, in the circuit of FIG. 8, PM16, NM16, PM17, and NM17 are turned on, and the capacitance value of the node ND4 To adjust the oscillation frequency to the target frequency. In FIG. 8, only two sets of the MOS switches PM16, NM16, PM17, and NM17 are shown for the sake of simplicity, but in an actual circuit, the number necessary for frequency adjustment is prepared. And
PM16、NM16、PM17、NM17をONとすると、C1、C2に加えて、C3、C4、C5、C6がノードND4に接続される。このとき、PM16、NM16、PM17、NM17のドレイン、ソースの接合容量もND4に接続される。さらに、PM16G、PM17GがL、NM16G、NM17GがHとなっているので、PM16、PM17、NM16、NM17のゲート容量もノードND4に接続される。つまり、図8のように容量値を可変として発振周波数を調整する回路では、調整のために接続しようとしている容量に加えて、MOSスイッチのゲート容量、ドレイン、ソースの接合容量が、ND4に接続され、寄生容量が増大する問題がある。 When PM16, NM16, PM17, and NM17 are turned on, C3, C4, C5, and C6 are connected to the node ND4 in addition to C1 and C2. At this time, the drain and source junction capacitances of PM16, NM16, PM17, and NM17 are also connected to ND4. Furthermore, since PM16G and PM17G are L and NM16G and NM17G are H, the gate capacities of PM16, PM17, NM16 and NM17 are also connected to the node ND4. That is, in the circuit for adjusting the oscillation frequency by changing the capacitance value as shown in FIG. 8, in addition to the capacitance to be connected for adjustment, the gate capacitance of the MOS switch, the drain and source junction capacitance are connected to ND4. There is a problem that parasitic capacitance increases.
これに対して、図7の回路では、容量の値の製造ばらつき、抵抗の値の製造ばらつきにより、容量の値、抵抗の値がともに、設計値より小さくなった場合でも、寄生容量となるのは、MOSスイッチの接合容量だけになる利点がある。つまり図7の回路のように、容量ではなく抵抗を切り替えて発振周波数を調整することにより、周波数調整のための素子の寄生容量の効果を最小化できるという効果が得られる。 On the other hand, in the circuit of FIG. 7, due to manufacturing variations in capacitance values and manufacturing variations in resistance values, even when both the capacitance value and the resistance value are smaller than the design value, parasitic capacitance is generated. Has an advantage that only the junction capacitance of the MOS switch is required. That is, as in the circuit of FIG. 7, the effect of the parasitic capacitance of the element for frequency adjustment can be minimized by switching the resistance instead of the capacitor to adjust the oscillation frequency.
図7で、周波数調整時の寄生容量を説明する前に、より単純な図6の回路で、寄生容量を削減できる原理を説明しておく。図6の可変抵抗回路では、容量の値の製造ばらつき、抵抗の値の製造ばらつきにより、容量の値、抵抗の値がともに、設計値より小さくなった場合、抵抗の値を大きくすることで、発振周波数を目標周波数に近づける。このために、例えば、SEL1をH、SEL1XをLとし、SEL2からSEL4をL、SEL2XからSEL4XをHとする。PM8或いは、NM8がON、PM9からPM11、NM9からNM11がOFFとなることにより、抵抗値は最大となる。この場合でも、R2、R3、R4、R5に接続される寄生容量は、PM8からPM11、NM8からNM11のドレインの接合容量だけで、ソース側の接合容量は抵抗に接続されない。この点が図6の回路と図8の回路とで異なる。 Before explaining the parasitic capacitance at the time of frequency adjustment in FIG. 7, the principle that the parasitic capacitance can be reduced with the simpler circuit of FIG. 6 will be explained. In the variable resistance circuit of FIG. 6, when both the capacitance value and the resistance value are smaller than the design value due to the manufacturing variation of the capacitance value and the manufacturing variation of the resistance value, by increasing the resistance value, Bring the oscillation frequency closer to the target frequency. For this purpose, for example, SEL1 is H, SEL1X is L, SEL2 to SEL4 are L, and SEL2X to SEL4X are H. When PM8 or NM8 is ON, PM9 to PM11, and NM9 to NM11 are OFF, the resistance value is maximized. Even in this case, the parasitic capacitance connected to R2, R3, R4, and R5 is only the junction capacitance of the drains of PM8 to PM11 and NM8 to NM11, and the junction capacitance on the source side is not connected to the resistor. This is the difference between the circuit of FIG. 6 and the circuit of FIG.
さらに、抵抗値を最大に設定したときでも、PM9からPM11、NM9からNM11はOFFしているので、チャネルは形成されておらず、これらMOSトランジスタのゲート容量は抵抗に接続されない。この点も図6と図8の回路とは異なる。つまり図6のように、抵抗値を調整する回路構成を採用することで、ソース側の接合容量、選択されていないスイッチMOSのゲート容量が寄生容量とならない利点を実現できる。図7の回路の粗調整回路CTUNE1も、図6の回路とほぼ同様の構成及び原理に基づいて抵抗値を調整するので、選択されていないスイッチMOSのゲート容量が寄生容量とならない利点がある。 Furthermore, even when the resistance value is set to the maximum, since PM9 to PM11 and NM9 to NM11 are OFF, no channel is formed, and the gate capacitances of these MOS transistors are not connected to the resistors. This is also different from the circuits of FIGS. That is, by adopting a circuit configuration for adjusting the resistance value as shown in FIG. 6, it is possible to realize an advantage that the source side junction capacitance and the gate capacitance of the unselected switch MOS do not become a parasitic capacitance. The coarse adjustment circuit CTUNE1 of the circuit of FIG. 7 also has an advantage that the gate capacitance of the unselected switch MOS does not become a parasitic capacitance because the resistance value is adjusted based on substantially the same configuration and principle as the circuit of FIG.
図9は、図4の従来回路を図7の回路のように階層化した場合の回路を示す図である。図9と図7の発明の回路を比較することで、以下に説明するように図7の利点がより明らかになる。 FIG. 9 is a diagram showing a circuit when the conventional circuit of FIG. 4 is hierarchized like the circuit of FIG. Comparing the inventive circuit of FIGS. 9 and 7 makes the advantages of FIG. 7 more apparent as will be described below.
図9のPMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、Vddは正側の電源(例えば3V)を、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。またRFn(nは整数)は微調整回路の抵抗を、RCn(nは整数)は粗調整回路の抵抗を、IVn(nは整数)はインバータを、NMnG(nは整数)はNMOSトランジスタのゲート信号を、PMnG(nは整数)はPMOSトランジスタのゲート信号を示す。図9において、図1、図3、図4、図5、図6等の回路と同じ働きをする素子、対応するノードには、同じ符号を与えて対応関係を示している。各抵抗に添えられた符号Rや10Rは、それぞれの抵抗の値の例を示す。 In FIG. 9, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, Vdd is a positive power supply (for example, 3V), GND is a GND potential (0V), NDn (n is an integer). Alphanumeric characters indicate nodes inside the oscillation circuit. RFn (n is an integer) is the resistance of the fine adjustment circuit, RCn (n is an integer) is the resistance of the coarse adjustment circuit, IVn (n is an integer) is the inverter, and NMnG (n is an integer) is the gate of the NMOS transistor. The signal, PMnG (n is an integer), indicates the gate signal of the PMOS transistor. In FIG. 9, elements having the same functions as the circuits of FIGS. 1, 3, 4, 5, 6, and the like and corresponding nodes are given the same reference numerals to indicate the correspondence. Symbols R and 10R attached to each resistor indicate examples of the respective resistance values.
図9のNM20、NM21、NM22、NM23、PM20、PM21、PM22、PM23で構成されるMOSスイッチは、RF11、RF12、RF13を切り替えて、抵抗値を微調整するための回路として働く。また、NM24、NM25、NM26、NM27、PM24、PM25、PM26、PM27で構成されるMOSスイッチは、RC11、RC12、RC13、RC14を切り替えて、抵抗値を粗調整するための粗調整回路として働く。抵抗値の切り替えの方法や切り替えられた合計の抵抗値は、図4、図5、図7の説明からも明らかなので、詳細な動作の説明は省略する。 The MOS switch composed of NM20, NM21, NM22, NM23, PM20, PM21, PM22, and PM23 in FIG. 9 functions as a circuit for finely adjusting the resistance value by switching between RF11, RF12, and RF13. Further, the MOS switch composed of NM24, NM25, NM26, NM27, PM24, PM25, PM26, and PM27 functions as a coarse adjustment circuit for coarsely adjusting the resistance value by switching RC11, RC12, RC13, and RC14. Since the method of switching the resistance value and the total resistance value switched are apparent from the description of FIGS. 4, 5, and 7, detailed description of the operation is omitted.
例えば、図4の従来回路を変形し、図9のように階層化する回路構成も可能である。図9の回路を採用することでも抵抗値を調整して発振周波数を調整することは可能だが、図7の回路と比較して、直列接続されるMOSトランジスタの数が、図7の発明の回路に対して、1つ多いことが分かる。このため、MOSスイッチのON抵抗の影響が大きい問題がある。 For example, a circuit configuration in which the conventional circuit of FIG. 4 is modified and hierarchized as shown in FIG. 9 is possible. Although it is possible to adjust the oscillation frequency by adjusting the resistance value by adopting the circuit of FIG. 9, the number of MOS transistors connected in series is the circuit of the invention of FIG. 7 as compared with the circuit of FIG. It can be seen that there is one more. For this reason, there is a problem that the influence of the ON resistance of the MOS switch is large.
図9の粗調整回路及び微調整回路の結合部分と図7の粗調整回路及び微調整回路の結合部分とを比較すると、図9の粗調整回路及び微調整回路の結合部分NDRF13は、図7の回路では、ノードPS及びNSに相当する。即ち、図7の回路では、PMOS側の微調整回路とNMOS側の微調整回路とをそれぞれ独立に用意しているので、この部分の寄生容量が、図9の回路に対して1/2に削減されている。 9 is compared with the coupling portion of the coarse adjustment circuit and the fine adjustment circuit in FIG. 7, the coupling portion NDRF13 of the coarse adjustment circuit and the fine adjustment circuit in FIG. This circuit corresponds to the nodes PS and NS. That is, in the circuit of FIG. 7, the PMOS side fine adjustment circuit and the NMOS side fine adjustment circuit are prepared independently, so that the parasitic capacitance of this part is halved compared to the circuit of FIG. Has been reduced.
図7の回路では、ノードPSの寄生容量となるMOSトランジスタの接合は、PM15のドレイン、PM8のソース、PM9のソース、PM10のソース、PM11のソース接合となる。合計で5つの接合容量が寄生容量となる。これに対して、図9の回路では、ノードNDRF13の寄生容量となるMOSトランジスタの接合は、NM23、PM23、NM24、PM24、NM25、PM25、NM26、PM26、NM27、PM27の接合となる。合計で10個の接合容量が寄生容量となる。ノードNSについても同様に、合計で5つの接合容量がNSの寄生容量となる。 In the circuit of FIG. 7, the junction of the MOS transistor serving as the parasitic capacitance of the node PS is the drain of PM15, the source of PM8, the source of PM9, the source of PM10, and the source junction of PM11. A total of five junction capacitances become parasitic capacitances. On the other hand, in the circuit of FIG. 9, the junction of the MOS transistor that becomes the parasitic capacitance of the node NDRF13 is the junction of NM23, PM23, NM24, PM24, NM25, PM25, NM26, PM26, NM27, PM27. A total of 10 junction capacitances become parasitic capacitances. Similarly, for the node NS, a total of five junction capacitances are NS parasitic capacitances.
以上説明したように、図7の回路では、PMOS側とNMOS側とにそれぞれ微調整回路を設けることで、微調整回路及び粗調整回路の結合ノードの寄生容量を削減できる特長を実現している。これにより、図4の従来回路に対して、寄生容量を削減し、より高い周波数での発振が可能となる。 As described above, in the circuit of FIG. 7, the fine adjustment circuit is provided on each of the PMOS side and the NMOS side, thereby realizing the feature that the parasitic capacitance of the coupling node of the fine adjustment circuit and the coarse adjustment circuit can be reduced. . Thereby, compared with the conventional circuit of FIG. 4, the parasitic capacitance is reduced, and oscillation at a higher frequency is possible.
図10は、図7の回路の発振周波数と調整ビットの設定値との関係の一例を示す図である。微調整回路の設定のための4ビットと粗調整回路の調整ビットの4ビットとで、合計8ビットを使用する。横軸にこの8ビットの設定値を示し、縦軸に発振周期を示す。発振周波数を2MHz(周期は500ns)に調整する場合の動作例を示した。横軸の値は、粗調整のための4ビットを上位とし、微調整のための4ビットを下位として、8ビットの設定値を示している。選択される抵抗数が最少となる設定が0であり、選択される抵抗数が最多となる設定が256である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the oscillation frequency of the circuit of FIG. 7 and the set value of the adjustment bit. A total of 8 bits are used, 4 bits for setting the fine adjustment circuit and 4 bits for adjustment of the coarse adjustment circuit. The 8-bit set value is shown on the horizontal axis, and the oscillation period is shown on the vertical axis. An example of operation when the oscillation frequency is adjusted to 2 MHz (the cycle is 500 ns) is shown. The value on the horizontal axis represents an 8-bit set value with 4 bits for coarse adjustment as the upper level and 4 bits for fine adjustment as the lower level. The setting that minimizes the number of selected resistors is 0, and the setting that maximizes the number of selected resistors is 256.
図7の微調整回路の抵抗として、(製造時の中心値で)0Ωから15kΩまで、1kΩ刻みで、16通りの抵抗値を選べるようにした。また、粗調整回路の抵抗として、58kΩ、63kΩ、68kΩ、74kΩ、79kΩ、86kΩ、93kΩ、100kΩ、108kΩ、117kΩ、126kΩ、136kΩ、147kΩ、159kΩ、172kΩ、186kΩの16通りの抵抗を選べるように回路を構成した。これらの抵抗の差分が、図7のRC1からRC3に相当する抵抗の抵抗値となっている。また、最小の抵抗58kΩが、図7のRC4に相当する抵抗の抵抗値となる。容量C1、C2は1.23pFとし、シミュレーションにより周期と設定ビットとの関係を求めた。 As the resistance of the fine adjustment circuit in FIG. 7, 16 resistance values can be selected from 0Ω to 15 kΩ (in the center value at the time of manufacture) in 1 kΩ increments. Also, as the resistance of the coarse adjustment circuit, the circuit can be selected from 16 types of resistances of 58 kΩ, 63 kΩ, 68 kΩ, 74 kΩ, 79 kΩ, 86 kΩ, 93 kΩ, 100 kΩ, 108 kΩ, 117 kΩ, 126 kΩ, 136 kΩ, 147 kΩ, 159 kΩ, 172 kΩ, 172 kΩ, 186 kΩ. Configured. The difference between these resistors is the resistance value of the resistor corresponding to RC1 to RC3 in FIG. Further, the minimum resistance of 58 kΩ is the resistance value of the resistance corresponding to RC4 in FIG. The capacitances C1 and C2 were 1.23 pF, and the relationship between the period and the set bit was obtained by simulation.
抵抗の製造ばらつきによる値の変動の幅を中心値の0.8倍から1.2倍、容量の製造ばらつきによる値の変動の幅を中心値の0.8倍から1.2倍とし、この範囲で、発振周波数を目標周波数(目標周期)に調整できるような回路定数とした。粗調整回路CTUNE1の抵抗値は、ほぼ等比数列となるように値を選んだ。微調整回路の抵抗値は、簡単のために等差列とした。 The range of fluctuation of the value due to the manufacturing variation of the resistor is 0.8 to 1.2 times the central value, and the width of the variation of the value due to the manufacturing variation of the capacitance is 0.8 to 1.2 times the central value. The circuit constant is set so that the oscillation frequency can be adjusted to the target frequency (target cycle) within the range. The resistance value of the coarse adjustment circuit CTUNE1 was selected so as to be approximately a geometric sequence. The resistance value of the fine adjustment circuit is assumed to be an equidistant sequence for simplicity.
図10には、容量及び抵抗が製造の中心値に対してそれぞれ1.2倍と大きくなった場合(C=1.2、R=1.2)、1.0倍の場合(C=1.0、R=1.0)、0.8倍となった場合(C=0.8、R=0.8)を示してある。これら3つの場合について、下位4ビットを0に固定して粗調整で16通りに変化させた場合に得られる周期の値を示すと共に、周期500nsの付近においては微調整回路に相当する下位4ビットも変化させた場合に得られる周期の値を示す。
FIG. 10 shows a case where the capacitance and the resistance are 1.2 times larger than the manufacturing center value (C = 1.2, R = 1.2), and 1.0 times (C = 1). 0.0, R = 1.0) and 0.8 times (C = 0.8, R = 0.8). In these three cases, the lower 4 bits are shown when the lower 4 bits are fixed to 0 and changed in 16 ways by coarse adjustment, and the lower 4 bits corresponding to the fine adjustment circuit in the vicinity of the
容量及び抵抗が中心値に対して1.2倍と大きくなったとき、1.0倍のとき、0.8倍のときのそれぞれの場合において、設定の値は異なるが、目標周期500nsを実現できる設定値が存在することが分かる。容量及び抵抗が中心値に対して1.2倍と大きくなった場合には、選択する抵抗数を少なくするように設定値を小さくすればよい。1.0倍の場合には、設定値として中心付近を使用すればよい。0.8倍のときは、選択する抵抗数を増やすように設定値を大きくすればよい。このように、粗調整回路により大体の抵抗値を選び、更に微調整回路で抵抗を微調整することにより、CR発振回路の発振周波数を目標周波数(この例では500ns)に近づけることができる。 When the capacitance and resistance are 1.2 times larger than the center value, 1.0 times, and 0.8 times, the setting values are different, but the target period of 500 ns is achieved. It can be seen that there are setting values that can be set. When the capacitance and resistance become 1.2 times as large as the center value, the set value may be reduced so as to reduce the number of resistors to be selected. In the case of 1.0 times, the vicinity of the center may be used as the set value. When it is 0.8 times, the set value may be increased so as to increase the number of resistors to be selected. Thus, by selecting an approximate resistance value with the coarse adjustment circuit and further finely adjusting the resistance with the fine adjustment circuit, the oscillation frequency of the CR oscillation circuit can be brought close to the target frequency (in this example, 500 ns).
以上、説明したように、図7の回路により、回路規模を削減して、周波数調整の分解能の大きな回路を実現できる。また、従来回路にくらべて、寄生容量を削減し、より高い周波数で発振する回路を提供することができる。複雑なバイアス回路を使用しないことから、バイアス回路での電流増加の問題も回避できる。 As described above, the circuit of FIG. 7 can realize a circuit with a large frequency adjustment resolution by reducing the circuit scale. Further, it is possible to provide a circuit that oscillates at a higher frequency by reducing parasitic capacitance as compared with the conventional circuit. Since a complicated bias circuit is not used, the problem of current increase in the bias circuit can be avoided.
図11は、抵抗調整回路の変形例を示す図である。図11において、PMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。またNAn(nは整数)はNAND回路を、NOn(nは整数)はNOR回路を、RFn(nは整数)は微調整回路の抵抗を、RCn(nは整数)は粗調整回路の抵抗を、IV3はインバータを、IV3OはインバータIV3の出力を示す。更に、SELLn(nは整数)は微調整回路の選択信号を、SELUn(nは整数)は粗調整回路の選択信号を示す。更に、CTUNE1は粗調整回路を、FTUNEN11乃至FTUNEN14はNMOS側の微調整回路を、PS1からPS4はPMOS側微調整回路と粗調整回路との結合ノードを、NS1からNS4はNMOS側微調整回路と粗調整回路との結合ノードを示す。図11において、図7等の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示す。また図示の簡便さの都合上、一部省略して示している。 FIG. 11 is a diagram illustrating a modification of the resistance adjustment circuit. In FIG. 11, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, GND is a GND potential (0 V), and NDn (n is an alphanumeric character) is a node inside the oscillation circuit. . NAn (n is an integer) is a NAND circuit, NOn (n is an integer) is a NOR circuit, RFn (n is an integer) is a resistance of a fine adjustment circuit, and RCn (n is an integer) is a resistance of a coarse adjustment circuit. , IV3 indicates an inverter, and IV3O indicates an output of the inverter IV3. Further, SELLn (n is an integer) indicates a selection signal for the fine adjustment circuit, and SELUn (n is an integer) indicates a selection signal for the coarse adjustment circuit. Further, CTUNE1 is a coarse adjustment circuit, FTUNEN11 to FTUNEN14 are NMOS fine adjustment circuits, PS1 to PS4 are coupling nodes between the PMOS fine adjustment circuit and the coarse adjustment circuit, and NS1 to NS4 are NMOS fine adjustment circuits. A node connected to the coarse adjustment circuit is shown. In FIG. 11, elements having the same functions as those of the circuit of FIG. 7 and the like and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals. In addition, for convenience of illustration, a part of the illustration is omitted.
図11の回路は、図7の回路とほぼ同様に動作するので、詳細な説明は省略し、図7の回路との違いを説明する。 Since the circuit of FIG. 11 operates in substantially the same manner as the circuit of FIG. 7, a detailed description thereof will be omitted, and differences from the circuit of FIG. 7 will be described.
図7の回路では、粗調整回路のPMOSトランジスタのソースは全て共通のノードPSとし、ノードPSに微調整回路が接続されていた。これに対して図11の回路では、粗調整回路のPMOS、PM8、PM9、PM10、PM11のソースはそれぞれ独立とし、PS1、PS2、PS3、PS4としている。これらPS1、PS2、PS3、PS4にそれぞれ独立な微調整回路を接続する回路構成例となっている。図11では、PMOS側の微調整回路は省略して図示していない。同様に、図11の回路では、NMOS、NM8、NM9、NM10、NM11のそれぞれのソースも独立なノードNS1、NS2、NS3、NS4となっている。これらNS1、NS2、NS3、NS4にそれぞれ独立な微調整回路を接続することができる。図示されるFTUNEN111及びFTUNEN14はこの微調整回路を示している。図11では図を単純にするために、NS1に接続されるFTUNEN11とNS4に接続されるFTUNEN14だけを示した。 In the circuit of FIG. 7, the sources of the PMOS transistors of the coarse adjustment circuit are all the common node PS, and the fine adjustment circuit is connected to the node PS. On the other hand, in the circuit of FIG. 11, the sources of the PMOS, PM8, PM9, PM10, and PM11 of the coarse adjustment circuit are independent and are PS1, PS2, PS3, and PS4. In the circuit configuration example, independent fine adjustment circuits are connected to PS1, PS2, PS3, and PS4. In FIG. 11, the fine adjustment circuit on the PMOS side is omitted and not shown. Similarly, in the circuit of FIG. 11, the sources of NMOS, NM8, NM9, NM10, and NM11 are also independent nodes NS1, NS2, NS3, and NS4. An independent fine adjustment circuit can be connected to NS1, NS2, NS3, and NS4. FTUNEN 111 and FTUNEN 14 shown in the figure indicate this fine adjustment circuit. In FIG. 11, only the FTUNEN 11 connected to NS1 and the FTUNEN 14 connected to NS4 are shown for the sake of simplicity.
図11のように、粗調整回路のPMOS及びNMOSのそれぞれのソースに独立な微調整回路を接続することで、PS1からPS4及びNS1からNS4の接合容量を、図7の回路に対してさらに削減することができる。なお図7及び図11には、微調整回路の選択ビットが2ビットで粗調整回路の選択ビットが2ビットの場合を一例として示しているが、これらのビット数は例示された数に限定されるものではなく、必要に応じて任意の数としてよい。図11のような構成とすると、図7の回路に対して、微調整回路の回路数が増加する。この回路規模の増大を緩和しつつ且つ寄生容量の削減を図るために、図7の回路構成と図11の回路構成との間の中間的な構成を採用してもよい。つまり図11において、NS1からNS4すべてに独立な微調整回路を設けるのではなく、例えばNS1とNS2を共通ノードとしこれに1つの微調整回路を設け、更にNS3とNS4を別の共通ノードとしこれに別の微調整回路を接続する等の構成が可能である。PMOS側についても同様であり、PS1からPS4の各々に別個の微調整回路を設けてもよいし、PS1からPS4を2つのグループに分けて、2つのPMOS側微調整回路を設けてもよい。このように、微調整回路と粗調整回路の構成については、様々な変更が可能である。 As shown in FIG. 11, by connecting independent fine adjustment circuits to the sources of the PMOS and NMOS of the coarse adjustment circuit, the junction capacitances of PS1 to PS4 and NS1 to NS4 are further reduced compared to the circuit of FIG. can do. 7 and 11 show an example in which the selection bit of the fine adjustment circuit is 2 bits and the selection bit of the coarse adjustment circuit is 2 bits, the number of bits is limited to the exemplified number. It is not a thing and it is good also as arbitrary numbers as needed. When the configuration as shown in FIG. 11 is used, the number of fine adjustment circuits increases as compared to the circuit shown in FIG. In order to mitigate this increase in circuit scale and reduce parasitic capacitance, an intermediate configuration between the circuit configuration of FIG. 7 and the circuit configuration of FIG. 11 may be employed. In other words, in FIG. 11, independent fine adjustment circuits are not provided for all NS1 to NS4. For example, NS1 and NS2 are provided as a common node, one fine adjustment circuit is provided therein, and NS3 and NS4 are provided as different common nodes. For example, another fine adjustment circuit can be connected. The same applies to the PMOS side, and a separate fine adjustment circuit may be provided for each of PS1 to PS4, or two PMOS side fine adjustment circuits may be provided by dividing PS1 to PS4 into two groups. As described above, various changes can be made to the configurations of the fine adjustment circuit and the coarse adjustment circuit.
図12は、CR発振回路の構成の別の一例を示す図である。図12において、PMn(nは整数)はPMOSトランジスタを、NMn(nは整数)はNMOSトランジスタを、Vddは正側の電源(例えば3V)を、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを示す。NAn(nは整数)はNAND回路を、NOn(nは整数)はNOR回路を、RFn(nは整数)は微調整回路の抵抗を、RCn(nは整数)は粗調整回路の抵抗を示す。またIV2、IV3はインバータを、IV3OはインバータIV3の出力を、SELLn(nは整数)は微調整回路の選択信号を、SELUn(nは整数)は粗調整回路の選択信号を示す。更に、CTUNE1は粗調整回路を、FTUNEP1はPMOS側の微調整回路を、FTUNEN1はNMOS側の微調整回路を、PSはPMOS側微調整回路と粗調整回路の結合ノードを、NSはNMOS側微調整回路と粗調整回路の結合ノードを示す。C1、C2はCR発振回路の時定数を決定するための容量であり、CB1、CB2はAMP1のバイアスのための容量である。AMP1は図1、図4の回路のIV1に相当するアンプ回路(ソース自己バイアスアンプ)を、PMA1、NMA1はAMP1を構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを、RB1、RB2はAMP1のバイアスのための抵抗を示す。図12において、図7等の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示す。また抵抗及び容量に添えられた数値は、それらの抵抗及び容量の数値例を示す。 FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the configuration of the CR oscillation circuit. In FIG. 12, PMn (n is an integer) is a PMOS transistor, NMn (n is an integer) is an NMOS transistor, Vdd is a positive power supply (for example, 3 V), GND is a GND potential (0 V), NDn (n (Alphanumeric) indicates a node inside the oscillation circuit. NAn (n is an integer) is a NAND circuit, NOn (n is an integer) is a NOR circuit, RFn (n is an integer) is a resistance of a fine adjustment circuit, and RCn (n is an integer) is a resistance of a coarse adjustment circuit. . IV2 and IV3 are inverters, IV3O is an output of the inverter IV3, SELLn (n is an integer) is a selection signal for a fine adjustment circuit, and SELUn (n is an integer) is a selection signal for a coarse adjustment circuit. Further, CTUNE1 is a coarse adjustment circuit, FTUNEP1 is a PMOS fine adjustment circuit, FTUNEN1 is an NMOS fine adjustment circuit, PS is a coupling node between the PMOS fine adjustment circuit and the coarse adjustment circuit, and NS is an NMOS fine adjustment circuit. The coupling node of the adjustment circuit and the coarse adjustment circuit is shown. C1 and C2 are capacitors for determining the time constant of the CR oscillation circuit, and CB1 and CB2 are capacitors for biasing AMP1. AMP1 is an amplifier circuit (source self-bias amplifier) corresponding to IV1 of the circuits of FIGS. 1 and 4, PMA1 and NMA1 are PMOS transistors and NMOS transistors constituting AMP1, and RB1 and RB2 are resistors for biasing AMP1. Indicates. In FIG. 12, elements having the same functions as those of the circuit of FIG. 7 and the like and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals. The numerical values attached to the resistance and the capacitance indicate numerical examples of the resistance and the capacitance.
CTUNE1、FTUNEP1、FTUNEN1は図を簡単にするために一部符号を省略したが、図7或いは図11の回路と同様に動作する。これらの部分の動作の説明は図7、図11の説明と重複するので省略し、図12の回路に特有の部分を説明する。 CTUNE1, FTUNEP1, and FTUNEN1 are partially omitted in order to simplify the drawing, but operate in the same manner as the circuit of FIG. 7 or FIG. The description of the operation of these parts is the same as the description of FIGS. 7 and 11, and will be omitted. Only the parts specific to the circuit of FIG. 12 will be described.
図1、図4、図7、図11では発振回路のノードND4の信号を増幅する回路はインバータIV1として説明を進めてきた。図12の回路では、このIV1がAMP1に置き換えられている点が異なる。 In FIG. 1, FIG. 4, FIG. 7, and FIG. 11, the description has been made assuming that the circuit that amplifies the signal at the node ND4 of the oscillation circuit is the inverter IV1. The circuit of FIG. 12 is different in that IV1 is replaced with AMP1.
ND4の電位は、図2(d)の波形図に示すように、CR時定数で充放電されるために、中間電位となっている期間が長い。このND4の信号を増幅して図2のND1波形に示すような矩形波に整形する働きが、図1のIV1には求められる。 As shown in the waveform diagram of FIG. 2D, the potential of ND4 is charged and discharged with a CR time constant, so that the period of the intermediate potential is long. The function of amplifying this ND4 signal and shaping it into a rectangular wave as shown in the ND1 waveform of FIG. 2 is required for IV1 of FIG.
図1の従来回路では、ND4の信号がIV1の論理しきい値付近にあるときに、IV1が十分高速に信号増幅できることと、IV1の消費電流をできるだけ小さく抑えることとの2つの矛盾する要求のバランスをとって、IV1のサイズを設計する必要があった。即ち、入力電位変化と出力電流変化との比である相互コンダクタンスgmと、IV1に流れる電流とは、図1の従来回路では独立には設計することができず、高速にND4の信号を増幅してND1に出力しようとすると、IV1での電流が増加する関係にあった。 In the conventional circuit of FIG. 1, when the ND4 signal is in the vicinity of the logic threshold value of IV1, there are two contradictory demands: IV1 can sufficiently amplify the signal, and IVIV current consumption should be kept as small as possible. It was necessary to balance and design the size of IV1. That is, the mutual conductance gm, which is the ratio of the input potential change to the output current change, and the current flowing through IV1 cannot be designed independently in the conventional circuit of FIG. 1, and the ND4 signal is amplified at high speed. Therefore, when trying to output to ND1, the current in IV1 increases.
図12の回路では、この問題を改善するために、IV1をAMP1で置き換えて、AMP1のgm(ND4の電位が変化したときの出力電流と入力電圧との比)と、AMP1に流れるバイアス電流とを独立に選べるように回路を構成している。図1のインバータIV1でND4の波形を増幅する場合、消費電流をある値に定めると、入力信号が論理しきい値付近にあるときのgmもほぼ定まる。何故ならば、インバータを構成するPMOSのソースはVdd、NMOSのソースはGNDに接続され、最大電流は入力が論理しきい値付近にあるときに流れるためである。高速にND4の信号を増幅しようとすると、IV1に流れる電流も増加してしまう。 In the circuit of FIG. 12, in order to improve this problem, IV1 is replaced with AMP1, gm of AMP1 (ratio of output current to input voltage when the potential of ND4 changes), bias current flowing through AMP1, and The circuit is configured so that can be selected independently. When the waveform of ND4 is amplified by the inverter IV1 in FIG. 1, if the current consumption is set to a certain value, the gm when the input signal is in the vicinity of the logic threshold value is substantially determined. This is because the source of the PMOS constituting the inverter is connected to Vdd, the source of NMOS is connected to GND, and the maximum current flows when the input is near the logic threshold. If an attempt is made to amplify the ND4 signal at high speed, the current flowing through IV1 also increases.
一方、図12のAMP1では、PMA1のソース電位はRB1に流れる平均電流により自動的にVddからRB1×平均電流分低い電位に定まる。このため、ソースをVddとする場合と比較して、PMOSトランジスタのL(ゲート長、チャネル長)を小さく設計しても、よりLを大きくしたインバータIV1と同じ程度の平均電流を実現することができる。NMOS側についても同様に、NMA1のLとNMA1に流れる平均電流とを、独立に設計することができる。NMA1に流れる平均電流とRB2の抵抗値の積の値だけNMA1のソース電位はGNDより高い電位となるので、NMA1のLを小さく設計しても、RB2の値を適切に選ぶことにより、平均電流を設計することができる。CB1、CB2はRB1、RB2に流れる電流を一定にするための平滑化容量として働く。 On the other hand, in AMP1 of FIG. 12, the source potential of PMA1 is automatically set to a potential lower than Vdd by RB1 × average current due to the average current flowing through RB1. For this reason, even if the L (gate length, channel length) of the PMOS transistor is designed to be smaller than when the source is set to Vdd, an average current equivalent to that of the inverter IV1 having a larger L can be realized. it can. Similarly, on the NMOS side, L of NMA1 and the average current flowing through NMA1 can be designed independently. Since the source potential of NMA1 is higher than GND by the product of the average current flowing through NMA1 and the resistance value of RB2, the average current can be selected by appropriately selecting the value of RB2 even if NMA1 is designed to be small. Can be designed. CB1 and CB2 function as smoothing capacitors for keeping the current flowing through RB1 and RB2 constant.
図13は、図12のAMP1の効果を示す図である。図13において、図1の従来回路のIV1に流れる電流及び図12のAMP1に流れる電流を示し、横軸は時間を示している。例えば、IV1及びAMP1の入力電位が論理しきい値付近にあるときに流れる電流を等しく設計しておくと、IV1のLとAMP1のLとの違いにより差はあるが、出力(ND1及びND1’)に供給される電流は同じ程度の値となる。PMA1及びNMA1については、チャネル長Lを小さく設計し、そのソース電位を、例えばVddより0.5V低い電位及びGNDより0.5V高い電位にしている。従って、同一のND4信号を増幅する場合でも、図12のAMP1の場合には電流が流れる期間が短い。これにより、図1のIV1と同じ程度のgmを実現しながら、平均電流を削減できる効果が得られる。図13の破線は図1のIV1に流れる電流を示している。図13の実線は図12のAMP1に流れる電流を示している。図13の斜線で示した部分が図12のAMP1により削減できる電流(電荷、電流と時間の積)を示している。 FIG. 13 is a diagram showing the effect of AMP1 in FIG. In FIG. 13, the current flowing through IV1 of the conventional circuit of FIG. 1 and the current flowing through AMP1 of FIG. 12 are shown, and the horizontal axis indicates time. For example, if the currents flowing when the input potentials of IV1 and AMP1 are close to the logic threshold are designed to be equal, there is a difference depending on the difference between L of IV1 and L of AMP1, but the output (ND1 and ND1 ′ ) Has the same value. For PMA1 and NMA1, the channel length L is designed to be small, and the source potential is, for example, 0.5 V lower than Vdd and 0.5 V higher than GND. Therefore, even when the same ND4 signal is amplified, the current flowing period is short in the case of AMP1 in FIG. Thereby, the effect of reducing the average current can be obtained while realizing the same gm as IV1 in FIG. A broken line in FIG. 13 indicates a current flowing through IV1 in FIG. The solid line in FIG. 13 indicates the current flowing through AMP1 in FIG. The shaded portion in FIG. 13 indicates the current (charge, product of current and time) that can be reduced by AMP1 in FIG.
つまり、図12のようなAMP1の構成を採用してRB1、CB1、RB2、CB2を利用することにより、平均電流と相互コンダクタンスgmとを独立に設計できるようになる。その結果、PMA1とNMA1のチャネル長(ゲート長)Lを最小とすることで、電流削減の効果を得ることができる。このようなアンプ回路AMP1と、図7及び図11で説明したような階層化した抵抗調整回路を併用することで、よりいっそう低電力化の効果を得ることができる。 That is, by adopting the configuration of AMP1 as shown in FIG. 12 and using RB1, CB1, RB2, and CB2, the average current and the mutual conductance gm can be designed independently. As a result, the effect of current reduction can be obtained by minimizing the channel length (gate length) L of PMA1 and NMA1. By using such an amplifier circuit AMP1 in combination with the hierarchical resistance adjustment circuit as described with reference to FIGS. 7 and 11, it is possible to obtain an effect of further reducing power consumption.
図14は、周波数調整機能を有した発振回路の構成の一例を示す図である。図14において、GNDはGND電位(0V)を、NDn(nは英数字)は発振回路内部のノードを、RT1は例えば図7に示される可変抵抗回路を、IV1、IV2、IV3、IVX1はインバータを示す。C1、C2はCR発振回路の時定数を決定するための容量であり、CX1、CX2は水晶発振回路の容量である。またRX1は水晶発振回路の抵抗であり、BUF1、BUFX1はバッファ回路である。更に、CLKOはCR発振回路の発振出力を、COUNT1はカウンタ回路を、COUNT1OはCOUNT1の結果にもとづく制御信号を、OSCX1は水晶発振回路を、NDX0、NDX1は水晶発振回路のノードを示す。XTAL1は水晶振動子であり、CKRTCOは水晶発振回路の出力である。図14において、図1、図4、図7等の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示す。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a configuration of an oscillation circuit having a frequency adjustment function. 14, GND is a GND potential (0V), NDn (n is an alphanumeric character) is a node inside the oscillation circuit, RT1 is a variable resistance circuit shown in FIG. 7, for example, and IV1, IV2, IV3, and IVX1 are inverters Indicates. C1 and C2 are capacitors for determining the time constant of the CR oscillation circuit, and CX1 and CX2 are capacitances of the crystal oscillation circuit. RX1 is a resistance of the crystal oscillation circuit, and BUF1 and BUFX1 are buffer circuits. Further, CLKO is an oscillation output of the CR oscillation circuit, COUNT1 is a counter circuit, COUNT1O is a control signal based on the result of COUNT1, OSCX1 is a crystal oscillation circuit, and NDX0 and NDX1 are nodes of the crystal oscillation circuit. XTAL1 is a crystal resonator, and CKRTCO is an output of the crystal oscillation circuit. In FIG. 14, elements having the same functions as the circuits of FIGS. 1, 4, 7, etc. and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals.
図14において可変抵抗RT1はCOUNT1Oにより制御される。図7の回路の説明において、図7の回路により抵抗値を可変に調整することにより、IV1、IV2、IV3、C1、C2を含むCR発振回路の発振周波数を調整できることを説明した。この図7の可変抵抗が、図14の可変抵抗RT1に相当する。図14では、この発振回路のND2の信号をバッファ回路BUF1で外部に供給する構成を例として示している。 In FIG. 14, the variable resistor RT1 is controlled by COUNT1O. In the description of the circuit of FIG. 7, it has been described that the oscillation frequency of the CR oscillation circuit including IV1, IV2, IV3, C1, and C2 can be adjusted by variably adjusting the resistance value by the circuit of FIG. The variable resistor in FIG. 7 corresponds to the variable resistor RT1 in FIG. FIG. 14 shows an example in which the ND2 signal of this oscillation circuit is supplied to the outside by the buffer circuit BUF1.
CR発振回路を用いる目的の1つは、周波数精度が中庸であってもよい応用で、起動時間が短いことが望ましい応用に適用することである。このような応用であっても、例えばマイクロコントローラ(MCU)などの場合には、時計用の水晶発振回路が常時動作していることが少なくない。時計用の水晶発振回路は、その発振周波数が32768Hzと低く、定常消費電流も数μAと小さいことが多いからである。このように、高い周波数精度が期待できる時計用の水晶発振回路が動作している場合には、図7の回路と、時計用の水晶発振回路を組み合わせて、CR発振回路の発振周波数を調整することができる。 One of the purposes of using the CR oscillation circuit is to apply to applications where frequency accuracy may be moderate, and where a short start-up time is desirable. Even in such an application, for example, in the case of a microcontroller (MCU) or the like, it is often the case that a crystal oscillator circuit for a watch is always operating. This is because a quartz crystal circuit for a watch often has an oscillation frequency as low as 32768 Hz and a steady consumption current as small as several μA. As described above, when the watch crystal oscillation circuit that can expect high frequency accuracy is operating, the oscillation frequency of the CR oscillation circuit is adjusted by combining the circuit of FIG. 7 and the watch crystal oscillation circuit. be able to.
図14の回路は、このような場合の回路構成例を示している。図14の回路の動作の概略を簡単に説明する。CLKOは、図7のCR発振回路の出力となっている。CKRTCOは、例えば、水晶発振回路OSCX1から出力される32768Hzの出力とする。この両者をカウンタ回路COUNT1で比較して、CLKOの周波数を調整することができる。例えば、32768Hzの周期は30.5μsecなので、この30.5μsecの期間にCLKOの立ち上がりが何回あるかを係数することにより、CLKOの周波数を知ることができる。例えばCLKOを2MHzに調整しようとする場合、30.5μsecの期間にCLKOの立ち上がりは61回あるはずである。測定期間を必要に応じて長くすることで、CLKOの周波数測定の精度も高くできる。この測定結果を基にCOUNT1Oを発生して、RT1の値を目標周波数に近づけるよう制御する。COUNT1Oは図7の設定ビットを変更して、RT1の抵抗値を変更するものとする。 The circuit of FIG. 14 shows a circuit configuration example in such a case. An outline of the operation of the circuit of FIG. 14 will be briefly described. CLKO is the output of the CR oscillation circuit of FIG. CKRTCO is, for example, an output of 32768 Hz output from the crystal oscillation circuit OSCX1. Both are compared by the counter circuit COUNT1, and the frequency of CLKO can be adjusted. For example, since the period of 32768 Hz is 30.5 μsec, the frequency of CLKO can be known by multiplying the number of rises of CLKO during this 30.5 μsec period. For example, when CLKO is to be adjusted to 2 MHz, the rising edge of CLKO should be 61 times in a period of 30.5 μsec. By increasing the measurement period as necessary, the frequency measurement accuracy of CLKO can be increased. COUNT1O is generated based on this measurement result, and control is performed so that the value of RT1 approaches the target frequency. COUNT1O changes the resistance value of RT1 by changing the setting bit of FIG.
図14のような回路構成とすることで、必要に応じて、CR発振回路の発振周波数を動的に調整することが可能となる。図14では、時計用水晶発振回路出力32768Hzをもとに、CR発振回路の周波数を調整する例を示したが、図15のように外部クロック入力を選択するように構成しておくと、任意の外部クロック信号をもとに、CR発振回路の周波数を調整できる。 With the circuit configuration as shown in FIG. 14, the oscillation frequency of the CR oscillation circuit can be dynamically adjusted as necessary. FIG. 14 shows an example in which the frequency of the CR oscillation circuit is adjusted based on the clock oscillation circuit output 32768 Hz. However, if the external clock input is selected as shown in FIG. The frequency of the CR oscillation circuit can be adjusted based on the external clock signal.
図15は、図14のCOUNT1部分を変更した回路例を示す図である。図15のCLKOはCR発振回路の発振出力を、COUNT1はカウンタ回路を、COUNT1OはCOUNT1の結果にもとづく制御信号を示す。またCKRTCOは水晶発振回路の出力を、CKINは任意の外部クロック入力を、SELCKはCKRTCOとCKINのどちらかを選ぶセレクタを、SELCKOはSELCKの出力を示す。 FIG. 15 is a diagram showing a circuit example in which the COUNT1 portion of FIG. 14 is changed. In FIG. 15, CLKO indicates an oscillation output of the CR oscillation circuit, COUNT1 indicates a counter circuit, and COUNT1O indicates a control signal based on the result of COUNT1. CKRTCO represents an output of the crystal oscillation circuit, CKIN represents an arbitrary external clock input, SELCK represents a selector for selecting either CKRTCO or CKIN, and SELCKO represents an output of SELCK.
図15において、図14等の回路と同一の働きをする素子及び対応するノードは同一の符号で示す。図15においてCOUNT1、COUNT1Oは図14の回路と同様に動作するものとする。 In FIG. 15, elements having the same functions as those of the circuit of FIG. 14 and the like and corresponding nodes are denoted by the same reference numerals. In FIG. 15, COUNT1 and COUNT1O operate in the same manner as the circuit of FIG.
図14の回路では、時計用水晶発振回路出力CKRTCOをもとにCLKOの周波数を測定する方法を説明した。図15のように、COUNT1の基準となる期間をセレクタSELCKにより外部クロックCKINに切り替えられるように構成しておけば、CKINを基準にしてCR発振回路出力CLKOの周波数を測定することができる。このような構成としておくと、例えば、通信しようとしている他のLSIのクロックにあわせて、CR発振回路の発振周波数を調整できる利点が得られる。通信相手のLSIのクロックの周波数の絶対精度が十分ではない場合、CR発振回路の周波数を、図14の水晶発振回路OSCX1の時計用クロックをもとに校正しても、通信相手のクロック周期に近い値となるとは限らない。このような場合には、CR発振回路の周波数をある絶対値を基準に調整するより、相手のクロック周期をもとに調整するほうが望ましい。 In the circuit of FIG. 14, the method of measuring the frequency of CLKO based on the clock crystal oscillator circuit output CKRTCO has been described. As shown in FIG. 15, if the period used as the reference of COUNT1 is configured to be switched to the external clock CKIN by the selector SELCK, the frequency of the CR oscillation circuit output CLKO can be measured using CKIN as a reference. With such a configuration, for example, there is an advantage that the oscillation frequency of the CR oscillation circuit can be adjusted in accordance with the clock of another LSI to be communicated. If the absolute accuracy of the frequency of the communication partner's LSI clock is not sufficient, even if the frequency of the CR oscillation circuit is calibrated based on the clock for the crystal oscillation circuit OSCX1 in FIG. It is not always close. In such a case, it is preferable to adjust the frequency of the CR oscillation circuit based on the clock cycle of the other party rather than adjusting the frequency of the CR oscillation circuit based on a certain absolute value.
以上説明したように、図14の回路或いは図15の回路のような構成と図7の回路とを組み合わせることにより、所望の基準クロックをもとにCR発振回路の発振周波数を調整することができるようになる。 As described above, the oscillation frequency of the CR oscillation circuit can be adjusted based on a desired reference clock by combining the configuration of the circuit of FIG. 14 or the circuit of FIG. 15 with the circuit of FIG. It becomes like this.
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
FTUNEP1 第1の抵抗微調整回路
Vdd 正側の電源
PS 第1の出力端
PM12〜PM15 第1のPMOSトランジスタ
RF1〜RF3 第1の抵抗
FTUNEN1 第2の抵抗微調整回路
GND 負側の電源
NS 第2の出力端
NM12〜NM15 第1のNMOSトランジスタ
RF4〜RF6 第2の抵抗
CTUNE1 抵抗粗調整回路
PM8〜PM11 第2のPMOSトランジスタ
RC1〜RC4 第3の抵抗
NM8〜NM11 第2のNMOSトランジスタ
FTUNEP1 First resistance fine adjustment circuit Vdd Positive power supply PS First output terminals PM12 to PM15 First PMOS transistors RF1 to RF3 First resistor FTUNEN1 Second resistance fine adjustment circuit GND Negative power supply NS Second Output terminals NM12 to NM15 first NMOS transistors RF4 to RF6 second resistor CTUNE1 coarse resistance adjustment circuits PM8 to PM11 second PMOS transistors RC1 to RC4 third resistors NM8 to NM11 second NMOS transistors
Claims (5)
負側の電源と第2の出力端との間を複数の第1のNMOSトランジスタと複数の第2の抵抗とを介して複数の電流経路で結合する第2の抵抗微調整回路と、
該第1の出力端と第3の出力端との間を複数の第2のPMOSトランジスタと複数の第3の抵抗とを介して複数の電流経路で結合する共に、該第2の出力端と該第3の出力端との間を該複数の第3の抵抗と複数の第2のNMOSトランジスタとを介して複数の電流経路で結合する抵抗粗調整回路
を含み、該正側の電源と該第3の出力端との間に介在する抵抗値及び該負側の電源と該第3の出力端との間に介在する抵抗値を可変に調整することにより発振周波数を調整することを特徴とするCR発振回路。 A first resistance fine-tuning circuit that couples a positive power supply and a first output terminal through a plurality of first PMOS transistors and a plurality of first resistors through a plurality of current paths;
A second resistance fine adjustment circuit that couples the negative power supply and the second output terminal via a plurality of first NMOS transistors and a plurality of second resistors through a plurality of current paths;
The first output terminal and the third output terminal are coupled by a plurality of current paths via a plurality of second PMOS transistors and a plurality of third resistors, and the second output terminal A coarse resistance adjustment circuit coupled between the third output terminal via a plurality of third resistors and a plurality of second NMOS transistors through a plurality of current paths, The oscillation frequency is adjusted by variably adjusting the resistance value interposed between the third output terminal and the resistance value interposed between the negative power supply and the third output terminal. CR oscillation circuit.
該第2の抵抗微調整回路においては、該複数の第2の抵抗が直列に接続され、各第2の抵抗の一端のノードに各第1のNMOSトランジスタのドレインが接続され、該複数の第1のNMOSトランジスタのソースが該負側の電源に接続され、該複数の第1のNMOSトランジスタのうちの1つを導通状態とすることにより該負側の電源と該第2の出力端との間の抵抗値を決定し、
該抵抗粗調整回路においては、該複数の第3の抵抗が直列に接続され、各第3の抵抗の一端のノードに各第2のPMOSトランジスタのドレイン及び各第2のNMOSトランジスタのドレインが接続され、該複数の第2のPMOSトランジスタのソースが該第1の出力端に接続され、該複数の第2のNMOSトランジスタのソースが該第2の出力端に接続され、該複数の第2のPMOSトランジスタのうちの1つを導通状態とすることにより該第1の出力端と該第3の出力端との間の抵抗値を決定し、該複数の第2のNMOSトランジスタのうちの1つを導通状態とすることにより該第2の出力端と該第3の出力端との間の抵抗値を決定する
ことを特徴とする請求項1記載のCR発振回路。 In the first resistance fine adjustment circuit, the plurality of first resistors are connected in series, the drain of each first PMOS transistor is connected to a node at one end of each first resistor, and the plurality of first resistors are connected. The source of one PMOS transistor is connected to the power supply on the positive side, and one of the plurality of first PMOS transistors is turned on to connect the power supply on the positive side and the first output terminal. Determine the resistance value between
In the second resistance fine adjustment circuit, the plurality of second resistors are connected in series, the drain of each first NMOS transistor is connected to a node at one end of each second resistor, and the plurality of second resistors are connected. The source of one NMOS transistor is connected to the negative power supply, and one of the plurality of first NMOS transistors is turned on to connect the negative power supply and the second output terminal. Determine the resistance value between
In the coarse resistance adjustment circuit, the plurality of third resistors are connected in series, and the drain of each second PMOS transistor and the drain of each second NMOS transistor are connected to a node at one end of each third resistor. The sources of the plurality of second PMOS transistors are connected to the first output terminal, the sources of the plurality of second NMOS transistors are connected to the second output terminal, and the plurality of second PMOS transistors are connected to the second output terminal. A resistance value between the first output terminal and the third output terminal is determined by bringing one of the PMOS transistors into a conductive state, and one of the plurality of second NMOS transistors is determined. 2. The CR oscillation circuit according to claim 1, wherein a resistance value between the second output terminal and the third output terminal is determined by bringing the second output terminal into a conductive state.
該第1のノードを入力端とし第2のノードを出力端とする第2のインバータと、
該第2のノードを入力端とし第3のノードを出力端とする第3のインバータと、
該第1のインバータの入力端である第4のノードと該第2のノードとの間を接続する容量素子と
を更に含み、該第1の抵抗微調整回路、該第2の抵抗微調整回路、及び該抵抗粗調整回路を含む抵抗調整回路が、該第3のノードと該第4のノードとの間に設けられ、該複数の第2のPMOSトランジスタのゲート及び該複数の第2のNMOSトランジスタのゲート側にて該第3のノードから入力を受け取り該第3の出力端が該第4のノードに接続されることを特徴とする請求項1記載のCR発振回路。 A first inverter having a first node as an output end;
A second inverter having the first node as an input terminal and the second node as an output terminal;
A third inverter having the second node as an input end and a third node as an output end;
A capacitance element connecting the fourth node as the input terminal of the first inverter and the second node; the first resistance fine adjustment circuit; and the second resistance fine adjustment circuit. And a resistance adjustment circuit including the rough resistance adjustment circuit are provided between the third node and the fourth node, and the gates of the plurality of second PMOS transistors and the plurality of second NMOSs 2. The CR oscillation circuit according to claim 1, wherein an input from the third node is received on a gate side of the transistor, and the third output terminal is connected to the fourth node.
該複数の第2のPMOSトランジスタのゲートをそれぞれ駆動する複数のNAND回路と、
該複数の第2のNMOSトランジスタのゲートをそれぞれ駆動する複数のNOR回路と
を更に含み、該複数のNAND回路及び該複数のNOR回路には共通の信号として該第3のノードの信号が入力されることを特徴とする請求項4記載のCR発振回路。 The resistance adjustment circuit is:
A plurality of NAND circuits respectively driving the gates of the plurality of second PMOS transistors;
A plurality of NOR circuits that respectively drive the gates of the plurality of second NMOS transistors, and a signal of the third node is input as a common signal to the plurality of NAND circuits and the plurality of NOR circuits. The CR oscillation circuit according to claim 4.
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