JP5129028B2 - 半導体集積回路及び発振回路 - Google Patents

Description

この発明は、水晶振動子等の発振子を主として外付けする半導体集積回路、及び該半導体集積回路と発振子とからなる発振回路に関する。

図８は水晶発振子を外付けすることにより発振機能を有する半導体集積回路であるマイクロコンピュータの外付け部分の第１の構成例を示す説明図である。

同図に示すように、マイクロコンピュータ４１の外部端子である端子ＸＣＩＮ，端子ＸＣＯＵＴ間に水晶振動子３１が介挿され、水晶振動子３１それぞれの両端はコンデンサＣＣＩＮ及びコンデンサＣＣＯＵＴを介して接地される。なお、必要に応じて端子ＸＣＯＵＴと水晶振動子３１との間にダンピング用の帰還抵抗Ｒｃｄを設ける。なお、図８で示した全体構成（内部回路部分と外付け部分）と同等な構成の発振回路として例えば特許文献１で開示された発振回路がある。

図９は従来の発振機能を有する半導体集積回路であるマイクロコンピュータの外付け部分の第２の構成例を示す説明図である。

同図に示すように、マイクロコンピュータ４２は、端子ＸＣＩＮより外部クロックＸＣＬＫを受け、端子ＸＣＯＵＴを開放状態にしている。

図１０は従来の発振機能を有する半導体集積回路の内部構成を示す回路図である。図１０は図８，図９で示したマイクロコンピュータ４１，４２相当の半導体集積回路の内部回路に相当する。

同図において、端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴが外部の水晶発振子を接続するための外部端子である。

端子ＸＣＩＮ側において、端子ＸＣＩＮにアノードが接続され、カソードが電源Ｖddに接続されるダイオードＤ５１と、端子ＸＣＩＮにカソードが接続され、アノードが接地レベルに設定されるダイオードＤ５２とが寄生ダイオードとして存在する。

また、端子ＸＣＩＮには入出力ポート部５０が設けられる。以下、入出力ポート部５０内の構成について説明する。

ＮＡＮＤゲートＧ５１は一方入力にプルアップ選択信号ＳＰＵを受け、他方入力がインバータＧ５２を介して方向レジスタ５１の出力部に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＱ５３はソースが電源Ｖddに接続され、ドレインが端子ＸＣＩＮに接続され、ゲートにＮＡＮＤゲートＧ５１の出力を受ける。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ５１はソースが電源Ｖddに接続され、ドレインが端子ＸＣＩＮに接続され、ゲート電極にＮＡＮＤゲートＧ５３の出力を受ける。ＮＭＯＳトランジスタＱ５２はソースが接地レベルに接続され、ドレインが端子ＸＣＩＮに接続され、ゲート電極にＮＯＲゲートＧ５４の出力を受ける。

ＮＡＮＤゲートＧ５３の一方入力は方向レジスタ５１の出力部に接続され、他方入力はポートラッチ５２の一端に接続される。ＮＯＲゲートＧ５４の一方入力はポートラッチ５２の一端に接続され、他方入力はインバータＧ５５を介して方向レジスタ５１の出力部に接続される。

方向レジスタ５１の入力部はデータバスＤＢに接続され、ポートラッチ５２の入力部はデータバスＤＢに接続される。バッファＧ５６は入力部が方向レジスタ５１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。バッファＧ５７は入力部がポートラッチ５２の出力部に接続され、制御入力部が方向レジスタ５１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。バッファＧ５８は入力部が端子ＸＣＩＮに接続され、制御入力部が方向レジスタ５１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。

端子ＸＣＯＵＴ側において、端子ＸＣＩＮにアノードが接続され、カソードが電源Ｖddに接続されるダイオードＤ６１と、端子ＸＣＩＮにカソードが接続され、アノードが接地レベルに設定されるダイオードＤ６２とが寄生ダイオードとして存在する。

また、端子ＸＣＯＵＴには入出力ポート部６０が設けられる。以下、入出力ポート部６０内の構成について説明する。

ＮＡＮＤゲートＧ６１は一方入力にプルアップ選択信号ＳＰＵを受け、他方入力がインバータＧ６２を介して方向レジスタ６１の出力部に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＱ６３はソースが電源Ｖddに接続され、ドレインが端子ＸＣＯＵＴに接続され、ゲートにＮＡＮＤゲートＧ６１の出力を受ける。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ６１はソースが電源Ｖddに接続され、ドレインが端子ＸＣＯＵＴに接続され、ゲート電極にＮＡＮＤゲートＧ６３の出力を受ける。ＮＭＯＳトランジスタＱ６２はソースが接地レベルに接続され、ドレインが端子ＸＣＯＵＴに接続され、ゲート電極にＮＯＲゲートＧ６４の出力を受ける。

ＮＡＮＤゲートＧ６３の一方入力はスイッチＳＷ６１を介して方向レジスタ６１の出力部に接続され、他方入力はスイッチＳＷ６２を介してポートラッチ６２の出力部に接続される。ＮＯＲゲートＧ６４の一方入力はスイッチＳＷ６２を介してポートラッチ６２の出力部に接続され、他方入力はインバータＧ６５及びスイッチＳＷ６１を介して方向レジスタ６１の出力部に接続される。

スイッチＳＷ６１は接続状態時に方向レジスタ６１の出力部とＮＡＮＤゲートＧ６３の一方入力及びインバータＧ６５の入力部とを電気的に接続し、固定状態時にＮＡＮＤゲートＧ６３の一方入力及びインバータＧ６５の入力部に“１”を付与する。

スイッチＳＷ６２は接続状態時にポートラッチ６２の出力部とＮＡＮＤゲートＧ６３の他方入力及びＮＯＲゲートＧ６４の一方入力とを電気的に接続し、固定状態時にＮＡＮＤゲートＧ６３の一方入力及びインバータＧ６５の入力部に“１”を付与する。

方向レジスタ６１の入力部はデータバスＤＢに接続され、ポートラッチ６２の入力部はデータバスＤＢに接続される。バッファＧ６６は入力部が方向レジスタ６１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。バッファＧ６７は入力部がポートラッチ６２の出力部に接続され、制御入力部が方向レジスタ６１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。バッファＧ６８は入力部が端子ＸＣＯＵＴに接続され、制御入力部は方向レジスタ６１の出力部に接続され、出力部がデータバスＤＢに接続される。

さらに、入力部を端子ＸＣＩＮとしたインバータＧ５９が設けられ、インバータＧ５９の出力は抵抗Ｒｄ及びスイッチＳＷ６０を介して端子ＸＣＯＵＴに接続される。また、インバータＧ５９の入出力間に帰還抵抗Ｒｆ５９及びスイッチＳＷ５０が設けられる。さらに、端子ＸＣＩＮを入力部としたバッファＧ６０が設けられる。

データバスＤＢは方向レジスタ５１及びポートラッチ５２にデジタル信号を付与することができる。

データバスＤＢから方向レジスタ５１に“１”（“Ｈ”）を書き込むとデータ出力動作モードとなる。この場合、データバスＤＢよりポートラッチ５２に書き込んだデータを端子ＸＣＩＮから出力することができる。この際、ＮＡＮＤゲートＧ５１の出力が“１”に固定されるため、ＰＭＯＳトランジスタＱ５３はオフする。

例えば、データ出力動作モード時（方向レジスタ５１の内容が“１”）に、ポートラッチ５２に“１”を書き込んだ場合、ＮＡＮＤゲートＧ５３の一方入力が“１”、他方入力が“１”となり、ＮＡＮＤゲートＧ５３の出力は“０”（“Ｌ”）となる。一方、ＮＯＲゲートＧ５４の一方入力は“１”，他方入力は“０”となり、ＮＯＲゲートＧ５４の出力は“０”となる。その結果、ＰＭＯＳトランジスタＱ５１がオンし、ＮＭＯＳトランジスタＱ５２がオフするため、端子ＸＣＩＮから“１”の信号が出力される。

なお、データ出力動作モード時においては、ポートラッチ５２内のデータが活性状態のバッファＧ５７からデータバスＤＢに読み出すことができる。なと、方向レジスタ５１内のデータもバッファＧ５６を介してデータバスＤＢに読み出すことができる。

方向レジスタ５１に“０”（“Ｌ”）を書き込むとデータ入力動作モードとなる。この場合、端子ＸＣＩＮより得たデジタル信号をデータバスＤＢに出力することができる。この際、ＮＡＮＤゲートＧ５３の出力は“１”に固定され、ＮＯＲゲートＧ５４の出力は“０”に固定されるため、ＰＭＯＳトランジスタＱ５１及びＮＭＯＳトランジスタＱ５２は共にオフする。

したがって、端子ＸＣＩＮより得られたデジタル信号が活性状態のバッファＧ５８を介してデータバスＤＢに出力されＭ、端子ＸＣＩＮを介したデータ入力動作が行える。

なお、データ入力動作モードの際、プルアップ選択信号ＳＰＵは“０”でも“１”でも構わない。プルアップ選択信号ＳＰＵが“０”の場合、ＰＭＯＳトランジスタＱ５３はオフするため、何ら問題ない。一方、プルアップ選択信号ＳＰＵが“１”の場合、ＮＡＮＤゲートＧ５１が“０”となり、ＰＭＯＳトランジスタＱ５３がオンし、端子ＸＣＩＮのレベルを“１”に設定する方向に働く。しかし、ＰＭＯＳトランジスタＱ５３の駆動力は端子ＸＣＩＮより“０”が入力される際は、“０”を有効にするレベルに抑えられているため、端子ＸＣＩＮからの外部入力信号内容が変更されることはない。

入出力ポート部６０についても、方向レジスタ６１に“１”を設定してデータ出力動作モードにしたり、方向レジスタ６１に“０”を設定してデータ入力動作モードに設定して、入出力ポート部５０と同様、端子ＸＣＯＵＴを介したデータ入出力動作を行うことができる。

なお、入出力ポート部６０は、スイッチＳＷ６１によって方向レジスタ６１に替えてＮＡＮＤゲートＧ６３の一方入力を“１”に固定することもできる。また、スイッチＳＷ６２によってポートラッチ６２に替えて、他の出力をＮＡＮＤゲートＧ６３の他方入力及びＮＯＲゲートＧ６４の一方入力に付与する制御も行える。

一方、方向レジスタ５１，６１それぞれに“０”を書き込んだデータ入力動作モード時に、プルアップ選択信号ＳＰＵを“０”に設定することにより、発振機能有効モードに設定することができる。

発信回路機能有効モード下において、端子ＸＣＩＮ，端子ＸＣＯＵＴ間に水晶発振子を介挿し、スイッチＳＷ５０，スイッチＳＷ６０を導通状態にすることにより、水晶発振子に基づく発振周波数でインバータＧ５９の反転動作が行われ、バッファＧ６０の出力として発振周波数ｆｃの発振信号を生成することができる。

なお、帰還抵抗Ｒｆ５９は利得が十分に高い動作点とするため静止時にインバータの入力電圧をしきい値付近にするためのＤＣ帰還用素子として働き、インバータＧ５９の入力電圧を出力電圧と等しくしている。帰還抵抗Ｒｆは低消費電流かつ高利得のために高抵抗であることが望ましい。

上述したように、端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴは入出力ポート部５０及び６０と兼用になっており、出力トランジスタ（Ｑ５１，Ｑ５２，Ｑ６１，Ｑ６２）や寄生ダイオード（Ｄ５１，Ｄ５３，Ｄ６１，Ｄ６２）はサージ保護用としての効果もある。したがって、端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴを発振回路の専用端子にしても同様の回路を設ける必要がある。

特開２００７−２１８７３３号公報

図８〜図１０で示した発振機能を有する半導体集積回路において、プロセス微細化が進むにしたがって周辺トランジスタを含めてリークが増加するというトランジスタ特性が顕著になる傾向がある。このため、特に、高温において低消費時計用水晶発振回路が正常動作しにくくなり、将来に備えて対策を講じる必要が生じた。

例えば、図１０で示した半導体集積回路においても、微細化が進むと寄生ダイオード（Ｄ５１，Ｄ５３，Ｄ６１，Ｄ６２）に流れるリーク電流が大きくなり、特に高温で顕著となる。その理由として、微細化が進むとウエハ表面付近のごく浅い部分に比較的高濃度の拡散やイオン注入等が行われ、その結果、ウエハの内部的な歪み応力が、より強くなる傾向にあることが考えられている。

端子ＸＣＩＮのダイオードＤ５１，Ｄ５２のリーク電流が大きくなるとＤＣ帰還用素子である帰還抵抗Ｒｆ５９による入力電圧の設定がずれてしまうことになる。以下、この点を詳述する。

仮に、インバータＧ５９がＣＭＯＳインバータで構成されているとすると、ＣＭＯＳインバータを構成するＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタそれぞれの駆動能力を同等にしておくことにより、インバータＧ５９の入力電圧が電源Ｖdd／２のとき、出力電圧も電源Ｖdd／２となる。また、インバータＧ５９を構成するＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタは、実際、ほぼ同等の駆動能力となるように設計される。

リーク電流が小さくて無視できる場合は、帰還抵抗Ｒｆ５９の抵抗値（ＲＢ）が大きくても帰還抵抗Ｒｆ５９を流れる電流はほぼ“０”のため、帰還抵抗Ｒｆ５９の両端の電位差はほぼ“０”となり、インバータＧ５９の出力電圧はそのまま入力電圧として帰還することになる。

しかし、ダイオードＤ５１，Ｄ５２のリーク電流が多くなると、ダイオードＤ５１，Ｇ５２間の上下リークの差分電流をＩＬとしたとき帰還抵抗Ｒｆ５９には差分電流ＩＬが流れる。

その結果、インバータＧ５９の出力電位差をＶＤとすると「ＶＤ＝ＩＬ×ＲＢ」となる。帰還抵抗Ｒｆ５９の抵抗値ＲＢは１０ＭΩ程度に設計するのが一般的であるため、差分電流ＩＬ＝０．２μＡとすると、出力電位差ＶＤ＝２Ｖとなる。インバータＧ５９の利得が｜−Ａ｜倍あるとすれば、バッファＧ５８の出力電圧は中心より「VD×A/(A+1)」ずれることになり、Ａが１０以上とすれば出力電圧の中心からのずれは約1.8V〜2Vとなり、無視できなくなる。

このように、インバータＧ５９の出力電圧が中心電圧から偏ると、インバータＧ５９の利得が減少し、発振回路として発振しにくくなったり発振しなくなったりするという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、微細化しても精度の高い発振作が行える半導体集積回路及び発振回路を得ることを目的とする。

この発明の一実施の形態における半導体集積回路は、水晶振動子の接続用の第１及び第２の端子を有している。第１及び第２の端子には第１及び第２のサージ保護回路が接続され、入力部が第１の端子側、出力部が第２の端子側に設けられる反転回路が設けられる。そして、第１の端子と反転回路の入力部との間に入力カップリングコンデンサを介挿している。

この実施の形態によれば、第１の端子と反転回路の入力部間に設けた入力カップリングコンデンサの存在によって、第１のサージ保護回路におけるリーク電流による反転回路の直流動作点のずれが抑えられるため、反転回路の利得が高い状態で維持され、微細化しても精度良く発振動作が行える効果を奏する。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である発振回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態１の発振回路は、半導体集積回路２１、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ、及びコンデンサＣＣＯＵＴより構成される。

水晶振動子３１は半導体集積回路２１の外部端子である端子ＸＣＩＮ，端子ＸＣＯＵＴ間に外付けされ、コンデンサＣＣＩＮは端子ＸＣＩＮ，接地レベル間に介挿され、コンデンサＣＣＯＵＴは端子ＸＣＯＵＴ，接地レベル間に介挿される。なお、コンデンサＣＣＩＮ及びコンデンサＣＣＯＵＴは発振用コンデンサとして機能する。

半導体集積回路２１は内部に入力カップリングコンデンサ１（第１のカップリングコンデンサ１）、伝送ゲート部３（抵抗成分）、反転回路４、サージ保護回路１１及び１２（第１及び第２のサージ保護回路）を有する。

サージ保護回路１１は内部のノードＮ１を介して端子ＸＣＩＮに接続され、サージ保護回路１２は内部のノードＮ２を介して端子ＸＣＯＵＴに接続される。

インバータより構成される反転回路４は入力部が端子ＸＣＩＮ側のノードＮ３に接続され、出力部が端子ＸＣＯＵＴ側のノードＮ２に接続される。

伝送ゲート部３は反転回路４の入力部であるノードＮ３と出力部であるノードＮ２との間に介挿され、ＰＭＯＳトランジスタＱ１，ＮＭＯＳトランジスタＱ２より構成される。ＰＭＯＳトランジスタＱ１，ＮＭＯＳトランジスタＱ２はノードＮ３，ノードＮ２間に互いに並列に介挿され、ＰＭＯＳトランジスタＱ１のゲート電極が接地レベルに設定され、ＮＭＯＳトランジスタＱ２のゲート電極に電源Ｖddが付与される。したがって、ＰＭＯＳトランジスタＱ１，ＮＭＯＳトランジスタＱ２は常時オン状態に設定されており、それぞれオン抵抗は所定の値になるように設定され、反転回路４の入出力間をＤＣ的に直結する。

そして、端子ＸＣＩＮに直結されるノードＮ１と反転回路４の入力部であるノードＮ３との間に入力カップリングコンデンサ１が介挿される。すなわち、ノードＮ１に入力カップリングコンデンサ１の一方電極が接続され、ノードＮ３に入力カップリングコンデンサ１の他方電極が接続される。

入力カップリングコンデンサ１は、キャパシタドープを施したゲート容量やポリ−ポリ間容量、その組み合わせ等が代表的な素子構造で形成される。

サージ保護回路１１はダイオードＤ１１、ダイオードＤ１２、ＰＭＯＳトランジスタＱ１１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１２より構成され、ダイオードＤ１１のアノードはノードＮ１に接続され、カソードは電源Ｖddに接続される。ダイオードＤ１２のカソードはノードＮ１に接続され、アノードは接地レベルに接続される。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ１１は電源Ｖdd，ノードＮ１間に介挿され、ゲート電極に電源Ｖddが付与される。ＮＭＯＳトランジスタＱ１２はノードＮ１，接地レベル間に介挿され、ゲート電極が接地レベルに設定される。

このような構成のサージ保護回路１１は、端子ＸＣＩＮより電源Ｖddより高電位のパルス電位が印加された場合、ダイオードＤ１１，ＰＭＯＳトランジスタＱ１１を介して電源Ｖdd側にバイパスし、端子ＸＣＩＮより負の高電位が印加された場合は、ダイオードＤ１２，ＮＭＯＳトランジスタＱ１２を介して接地レベル側にバイパスすることにより、サージ電圧から反転回路４等の内部回路を保護している。

サージ保護回路１２はダイオードＤ２１、ダイオードＤ２２、ＰＭＯＳトランジスタＱ２１及びＮＭＯＳトランジスタＱ２２より構成され、ダイオードＤ２１のアノードはノードＮ２に接続され、カソードは電源Ｖddに接続される。ダイオードＤ２２のカソードはノードＮ２に接続され、アノードは接地レベルに接続される。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ２１は電源Ｖdd，ノードＮ２間に介挿され、ゲート電極に電源Ｖddが付与される。ＮＭＯＳトランジスタＱ２２はノードＮ２，接地レベル間に介挿され、ゲート電極が接地レベルに設定される。

このような構成のサージ保護回路１２は、端子ＸＣＯＵＴより電源Ｖddより高電位のパルス電位が印加された場合は、ダイオードＤ２１，ＰＭＯＳトランジスタＱ２１を介して電源Ｖdd側にバイパスし、端子ＸＣＯＵＴより負の高電位が印加された場合は、ダイオードＤ２２，ＮＭＯＳトランジスタＱ２２を介して接地レベル側にバイパスすることにより、サージ電圧から反転回路４等の内部回路を保護している。

このような構成において、実施の形態１の発振回路は、水晶振動子３１に基づく発振周波数で反転回路４は反転動作を行い、反転回路４の出力信号から発振信号を生成することができる。

この際、入力カップリングコンデンサ１によって、反転回路４の入力部と端子ＸＣＩＮ及びサージ保護回路１１とが交流的に結合される。すなわち、入力カップリングコンデンサ１は端子ＸＣＩＮの交流信号成分を反転回路４の入力部に伝達する。

入力カップリングコンデンサ１は反転回路４の入力部であるノードＮ３がホットエンドとなり、出力側であるノードＮ２がコールドエンドなる。ホットエンドであるノードＮ３には接合リークが生じることは望ましくない。

実施の形態１の発振回路の半導体集積回路２１は、端子ＸＣＩＮと反転回路４の入力部との間に入力カップリングコンデンサ１を介挿している。したがって、実施の形態１の半導体集積回路は、端子ＸＣＩＮ，端子ＸＣＯＵＴ間に水晶振動子３１を設け発振機能を発揮する際、反転回路４の直流動作点は反転回路４の出力電圧が伝送ゲート３を通じて、反転回路４の入力に帰還され、反転回路４の入力電圧と出力電圧は、ほぼ等しくなる効果を奏する。

なぜなら、入力カップリングコンデンサ１の存在により、端子ＸＣＩＮに接続されたサージ保護回路１１におけるリーク電流のノードＮ３への伝達が遮断されるため、伝送ゲート部３を介して反転回路４の入力に供給できる電流が少ない場合でも、リーク電流に起因する反転回路４の直流動作点のズレが発生することがないからである。

このように、実施の形態１の発振回路は、ノードＮ１，ノードＮ３間に設けた入力カップリングコンデンサ１の存在によって、サージ保護回路１１におけるリーク電流による反転回路の直流動作点のずれが抑えられるため、反転回路４の利得が高い状態で維持され、微細化しても精度良く発振動作が行える効果を奏する。

＜実施の形態２＞
図２はこの発明の実施の形態２である発振回路の構成（基本構成）を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態２の発振回路は半導体集積回路２２、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ、及びコンデンサＣＣＯＵＴより構成される。

半導体集積回路２２において、新たに出力カップリングコンデンサ２が設けられた点、伝送ゲート部３に置き換わって抵抗成分として帰還抵抗Ｒｆが設けられた点が図１で示した実施の形態１と異なる。

出力カップリングコンデンサ２は反転回路４の出力部であるノードＮ４と端子ＸＣＯＵＴと直結するノード２との間に介挿される。すなわち、ノードＮ２に出力カップリングコンデンサ２の一方電極が接続され、ノードＮ４に出力カップリングコンデンサ２の他方電極が接続される。出力カップリングコンデンサ２も入力カップリングコンデンサ１と同様な素子構造で形成される。

この出力カップリングコンデンサ２により、反転回路４の出力の交流信号成分が端子ＸＣＯＵＴに伝達されることになる。したがって、実施の形態２の半導体集積回路２２は、実施の形態１の半導体集積回路２１と異なり、反転回路４の出力部は端子ＸＣＯＵＴに直結するノードＮ２でなく、ノードＮ４に接続される。

そして、反転回路４の入出力間であるノードＮ３，ノードＮ４間に帰還抵抗Ｒｆが設けられる。帰還抵抗Ｒｆはリーク電流の少ない例えばポリシリコン抵抗で作成する等により、ＰＭＯＳトランジスタＱ１，ＮＭＯＳトランジスタＱ２で構成される伝送ゲート部３よりリーク電流を抑えることができる。なぜなら、リーク電流発生度合の高いＰＮ接合部を有することなく帰還抵抗Ｒｆを形成しているからである。なお、他の構成は図１で示した実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施の形態２の半導体集積回路２２は、入力カップリングコンデンサ１の存在により、実施の形態１と同様、発振機能発揮時に、反転回路４の直流動作点は反転回路４の出力電圧が帰還抵抗Ｒｆを通じて、反転回路４の入力に帰還され、反転回路４の入力電圧と出力電圧は、ほぼ等しくなる効果を奏する。

加えて、実施の形態２では、構成要素（ＰＭＯＳトランジスタＱ１，ＮＭＯＳトランジスタＱ２）にＰＮ接合部を有する伝送ゲート部３に替えてＰＮ接合部を有さない帰還抵抗Ｒｆを通じて反転回路４の出力と入力とを結合している。このため、実施の形態２の半導体集積回路２２は、伝送ゲート部３を用いた実施の形態１の半導体集積回路２１に比べて、反転回路４の出力から入力に至る帰還経路のリーク電流を少なく抑えることができる。その結果、実施の形態２は実施の形態１に比べてさらに反転回路４の入出力電位差を抑えることによりができる効果を奏する。

さらに、反転回路４の出力部であるノードＮ４と端子ＸＣＯＵＴが直結されるノードＮ２との間に介挿された出力カップリングコンデンサ２の存在により、反転回路４の出力部からサージ保護回路１２に流れるリーク電流も遮断することができるため、反転回路４の直流動作点をより改善することができる効果を奏する。

加えて、反転回路４と水晶振動子３１との結合が出力カップリングコンデンサ２によりより弱くなるので、発振周波数がより安定化される効果を奏する。

このように、実施の形態２の発振回路は、帰還抵抗Ｒｆ及び出力カップリングコンデンサ２の存在によって、反転回路４の利得が実施の形態１以上に高い状態で維持され、微細化しても精度良く発振動作が行える効果を奏する。

（第１の変形例）
図３は実施の形態２の発振回路の第１の変形例を示す回路図である。同図に示すように、半導体集積回路２２（図２参照）が半導体集積回路２２ａに置き換えられている。半導体集積回路２２ａ内において、サージ保護回路１１及び１２に置き換えてサージ保護回路１１ａ及び１２ａを設けた点、反転回路４に替えて反転回路４ａを設けた点が半導体集積回路２２と異なる。

反転回路４ａはＮＡＮＤゲートＧ１より構成され、ＮＡＮＤゲートＧ１は一方入力に制御信号ＳＣ１を受け、他方入力がノードＮ３に接続される。ＮＡＮＤゲートＧ１の出力がノードＮ４に接続される。

サージ保護回路１１ａはＮＭＯＳトランジスタＱ１２のゲート電極と電源Ｖdd及び接地レベルとの間にスイッチＳＷ１を設けた点を特徴とする。スイッチＳＷ１は電源モード時にＮＭＯＳトランジスタＱ１２のゲート電極と電源Ｖddとを電気的に接続し、接地モード時にＮＭＯＳトランジスタＱ１２のゲート電極と接地レベルとを電気的に接続する。他の構成はサージ保護回路１１と同様である。

サージ保護回路１２ａはＰＭＯＳトランジスタＱ２１のゲート電極と電源Ｖdd及び接地レベルとの間にスイッチＳＷ２を設けた点を特徴とする。スイッチＳＷ２は電源モード時にＰＭＯＳトランジスタＱ２１のゲート電極と電源Ｖddとを電気的に接続し、接地モード時にＰＭＯＳトランジスタＱ２１のゲート電極と接地レベルとを電気的に接続する。他の構成はサージ保護回路１２と同様である。また、他の部分の構成は、図２で示した実施の形態１の基本構成と同様であるため、説明を省略する。

このような構成において、実施の形態２の第１の変形例は、以下のように動作する。まず、制御信号ＳＣ１は発振回路不使用時は“１”（“Ｈ”）に設定され、起動開始直後の所定期間のみ“０”、以降は“１”になるように制御される。

一方、スイッチＳＷ１は通常は接地モード、起動開始直後の所定期間のみ電源モードとなる。スイッチＳＷ２は通常は電源モード、起動開始直後の所定期間のみ接地モードとなる。

したがって、実施の形態２の第１の変形例は、起動開始直後の所定期間において、オン状態のＮＭＯＳトランジスタＱ１２によりノードＮ１（端子ＸＣＩＮ）に“０”（“Ｌ”）が付与され、オン状態のＰＭＯＳトランジスタＱ２１によりノードＮ２（端子ＸＣＯＵＴ）に“１”（“Ｈ”）が付与される。この期間、ＮＡＮＤゲートＧ１の一方入力である制御信号ＳＣ１は“０”ため、ＮＡＮＤゲートＧ１の出力は“１”に固定されるため、反転回路４ａは反転動作を行わない。

このように、サージ保護回路１１ａは、スイッチＳＷ１を用いることにより、発振動作起動開始直後の所定期間においてノードＮ１を“０”に初期設定する第１の初期設定機能を有する。同様に、サージ保護回路１２ａは、スイッチＳＷ２を用いることにより、発振動作起動開始直後の所定期間においてノードＮ２を“１”に初期設定する第２の初期設定機能を有する。

上述したように、実施の形態２の第１の変形例はサージ保護回路１１ａ及び１２ａに上記第１及び第２の初期設定機能を設けているため、発振動作の起動開始直後の所定期間において、ノードＮ１を“０”、ノードＮ２を“１”に初期設定して発振のトリガとすることにより、発振回路起動特性を向上させることができる効果を奏する。

なお、起動開始直後の所定期間経過後は、制御信号ＳＣ１が“１”、スイッチＳＷ１が接地モード、スイッチＳＷ２が電源モードに設定されることにより、図２で示した実施の形態２の基本構成と等価な回路となる。すなわち、反転回路４ａは反転回路４と等価となり、サージ保護回路１１ａ及び１２ａはサージ保護回路１１及び１２と等価となるため、実施の形態２の第１の変形例は実施の形態２の基本構成と同様な効果を奏する。

加えて、不使用時においても、制御信号ＳＣ１が“１”、スイッチＳＷ１が接地モード、スイッチＳＷ２が電源モードに設定されるため、不使用時に貫通電流が発生することもない。

（第２の変形例）
図４は実施の形態２の発振回路の第２の変形例を示す回路図である。同図に示すように、半導体集積回路２２（図２参照）が半導体集積回路２２ｂに置き換えられている。半導体集積回路２２ｂ内において、サージ保護回路１１及び１２に置き換えてサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂを設けた点、反転回路４に替えて反転回路４ｂを設けた点が半導体集積回路２２と異なる。

反転回路４ｂはＮＯＲゲートＧ２より構成され、ＮＯＲゲートＧ２は一方入力に制御信号ＳＣ２を受け、他方入力がノードＮ３に接続される。ＮＯＲゲートＧ２の出力がノードＮ４に接続される。

サージ保護回路１１ｂはＰＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電極と電源Ｖdd及び接地レベルとの間にスイッチＳＷ３を設けた点を特徴とする。スイッチＳＷ３は電源モード時にＰＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電極と電源Ｖddとを電気的に接続し、接地モード時にＰＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電極と接地レベルとを電気的に接続する。なお、他の構成はサージ保護回路１１と同様である。

サージ保護回路１２ｂはＮＭＯＳトランジスタＱ２２のゲート電極と電源Ｖdd及び接地レベルとの間にスイッチＳＷ４を設けた点を特徴とする。スイッチＳＷ４は電源モード時にＮＭＯＳトランジスタＱ２２のゲート電極と電源Ｖddとを電気的に接続し、接地モード時にＮＭＯＳトランジスタＱ２２のゲート電極と接地レベルとを電気的に接続する。なお、他の構成はサージ保護回路１２と同様である。また、他の部分の構成は、図２で示した基本構成と同様であるため、説明を省略する。

このような構成において、実施の形態２の第２の変形例は、以下のように動作する。まず、制御信号ＳＣ２は発振回路不使用時は“０”に設定され、起動開始直後の所定期間のみ“１”、以降は“０”になるように制御される。

一方、スイッチＳＷ３は通常は電源モード、起動開始直後の所定期間のみ接地モードとなる。スイッチＳＷ４は通常は接地モード、起動開始直後の所定期間のみ電源モードとなる。

したがって、実施の形態２の第２の変形例は、起動開始直後の所定期間において、オン状態のＰＭＯＳトランジスタＱ１１によりノードＮ１に“１”が付与され、オン状態のＮＭＯＳトランジスタＱ２２によりノードＮ２に“０”が付与される。この期間、ＮＯＲゲートＧ２の一方入力である制御信号ＳＣ２は“１”ため、ＮＯＲゲートＧ２の出力は“０”に固定されるため、反転回路４ｂは反転動作を行わない。

このように、サージ保護回路１１ｂは、スイッチＳＷ３を用いることにより、発振動作起動開始直後の所定期間においてノードＮ１を“１”に初期設定する第１の初期設定機能を有する。同様に、サージ保護回路１２ｂは、スイッチＳＷ４を用いることにより、発振動作起動開始直後の所定期間においてノードＮ２を“０”に初期設定する第２の初期設定機能を有する。

上述したように、実施の形態２の第２の変形例はサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂに上記第１及び第２の初期設定機能を設けているため、発振動作の起動開始直後の所定期間において、ノードＮ１を“１”、ノードＮ２を“０”に初期設定することにより、第１の変形例と同様、発振回路起動特性を向上させることができる効果を奏する。

なお、起動開始直後の所定期間経過後は、制御信号ＳＣ２が“０”、スイッチＳＷ３が電源モード、スイッチＳＷ４が接地モードに設定されることにより、図２で示した実施の形態２の基本構成と等価な回路となる。すなわち、反転回路４ｂが反転回路４と等価となり、サージ保護回路１１ｂ及び１２ｂがサージ保護回路１１及び１２と等価となるため、実施の形態２の第２の変形例は実施の形態２の基本構成と同様な効果を奏する。

加えて、不使用時においても、制御信号ＳＣ２が“０”、スイッチＳＷ３が電源モード、スイッチＳＷ４が接地モードに設定されるため、不使用時に貫通電流が発生することもない。

（第１及び第２の変形例の実施の形態１への適用）
実施の形態１においても、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ａ、並びにサージ保護回路１１ａ及び１２ａ（図３参照）を設けることにより、図３で示した実施の形態２の第１の変形例と同様な変形が可能である。ただし、実施の形態１では出力カップリングコンデンサ２が存在しない分、発振起動特性を向上させる必要性は低いため、サージ保護回路１２はそのままの構成でも良い。

同様にして、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ｂ、並びにサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂ（図４参照）を設けることにより、図４で示した実施の形態２の第２の変形例と同様な変形が可能である。ただし、実施の形態１では出力カップリングコンデンサ２が存在しない分、発振起動特性を向上させる必要性は低いため、サージ保護回路１２はそのままの構成でも良い。

＜実施の形態３＞
図５はこの発明の実施の形態３である発振回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態３の発振回路は半導体集積回路２３、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ、及びコンデンサＣＣＯＵＴより構成される。

半導体集積回路２３において、新たに出力カップリングコンデンサ２が設けられた点が点が図１で示した実施の形態１と異なる。

出力カップリングコンデンサ２は反転回路４の出力部であるノードＮ４と端子ＸＣＯＵＴと直結するノード２との間に介挿される。この出力カップリングコンデンサ２により、反転回路４の出力の交流信号成分が端子ＸＣＯＵＴに伝達されることになる。したがって、実施の形態３の半導体集積回路２２は、実施の形態１の半導体集積回路２１と異なり、反転回路４の出力部は端子ＸＣＯＵＴに直結するノードＮ２でなく、ノードＮ４に接続される。なお、他の構成は図１で示した実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施の形態３において、入力カップリングコンデンサ１の存在により、実施の形態１と同様、反転回路４の直流動作点は反転回路４の出力電圧が伝送ゲート部３を通じて、反転回路４の入力に帰還され、反転回路４の入力電圧と出力電圧は、ほぼ等しくなる効果を奏する。

さらに、実施の形態３は、出力カップリングコンデンサ２の存在により、反転回路４の出力からサージ保護回路１２に流れるリーク電流も遮断することができるため、反転回路４の直流動作点をより改善することができる効果を奏する。

加えて、反転回路４と水晶振動子３１との結合が出力カップリングコンデンサ２によりより弱くなるので、発振周波数がより安定化される。

このように、実施の形態３の発振回路は、出力カップリングコンデンサ２の存在によって、反転回路４の利得が実施の形態１以上に高い状態で維持され、微細化しても精度良く発振動作が行える効果を奏する。

（変形例）
実施の形態３においても、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ａ、並びにサージ保護回路１１ａ及び１２ａ（図３参照）を設けることにより、図３で示した実施の形態２の第１の変形例と同様な変形が可能である。

同様にして、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ｂ、並びにサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂ（図４参照）を設けることにより、図４で示した実施の形態２の第２の変形例と同様な変形が可能である。

＜実施の形態４＞
図６はこの発明の実施の形態４である発振回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態４の発振回路は半導体集積回路２４、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ、及びコンデンサＣＣＯＵＴより構成される。

半導体集積回路２４において、伝送ゲート部３に置き換わって帰還抵抗Ｒｆが設けられた点が図１で示した実施の形態１と異なる。

反転回路４の入出力部間であるノードＮ３，ノードＮ２間に設けられた帰還抵抗Ｒｆは、実施の形態２で説明したように、伝送ゲート部３よりリーク電流を抑えることができる。他の構成は図１で示した実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施の形態４において、入力カップリングコンデンサ１の存在により、実施の形態１〜実施の形態３と同様、反転回路４の直流動作点は反転回路４の出力電圧が帰還抵抗Ｒｆを通じて、反転回路４の入力に帰還され、反転回路４の入力電圧と出力電圧は、ほぼ等しくなる効果を奏する。

加えて、実施の形態４では、伝送ゲート部３に替えて帰還抵抗Ｒｆを通じて反転回路４の出力と入力とを結合しているため、伝送ゲート部３を用いた実施の形態１に比べて、反転回路４の出力から入力に至る帰還経路のリーク電流を少なく抑えることができる。その結果、実施の形態４は実施の形態１に比べてさらに反転回路４の入出力電位差を抑えることができる効果を奏する。

このように、実施の形態４の発振回路は、伝送ゲート部３に置き換えて帰還抵抗Ｒｆを設けることにより、反転回路４の利得が実施の形態１以上に高い状態で維持され、微細化しても精度良く発振動作が行える効果を奏する。

（変形例）
実施の形態４においても、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ａ、並びにサージ保護回路１１ａ及び１２ａ（図３参照）を設けることにより、図３で示した実施の形態２の第１の変形例と同様な変形が可能である。ただし、実施の形態４では出力カップリングコンデンサ２が存在しない分、発振起動特性を向上させる必要性は低いため、サージ保護回路１２はそのままの構成でも良い。

同様にして、反転回路４、並びにサージ保護回路１１及び１２に替えて、反転回路４ｂ、並びにサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂ（図４参照）を設けることにより、図４で示した実施の形態２の第２の変形例と同様な変形が可能である。ただし、実施の形態４では出力カップリングコンデンサ２が存在しない分、発振起動特性を向上させる必要性は低いため、サージ保護回路１２はそのままの構成でも良い。

＜実施の形態５＞
図７はこの発明の実施の形態５である発振回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態５の発振回路は半導体集積回路２５、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ、及びコンデンサＣＣＯＵＴより構成される。

半導体集積回路２５は内部に入力カップリングコンデンサ１、出力カップリングコンデンサ２、反転回路４ｃ、降圧レギュレータ５、トランスファゲート部６，７、インバータＧ３、帰還抵抗Ｒｆ、サージ保護回路１３及び１４（第１及び第２のサージ保護回路）、並びに入出力ポート制御部１５及び１６（第１及び第２の入出力ポート制御部）を有する。

サージ保護回路１３は内部のノードＮ１を介して端子ＸＣＩＮに接続され、サージ保護回路１４は内部のノードＮ２を介して端子ＸＣＯＵＴに接続される。

反転回路４ｃは入力部が端子ＸＣＩＮ側のノードＮ３に接続され、出力部が端子ＸＣＯＵＴ側のノードＮ４に接続される。

入力カップリングコンデンサ１はノードＮ１とノードＮ３との間に介挿される。一方、ノードＮ２に出力カップリングコンデンサ２の一方電極が接続され、出力カップリングコンデンサ２の他方電極がトランスファゲート部７に接続される。

反転回路４ｃの入出力部間であるノードＮ３，ノードＮ４間に帰還抵抗Ｒｆとトランスファゲート部６とが直列にされる。帰還抵抗Ｒｆの一端はノードＮ３に接続される。トランスファゲート部６内のＰＭＯＳトランジスタＱ５及びＮＭＯＳトランジスタＱ６は帰還抵抗Ｒｆの他端とノードＮ４との間に互いに並列に介挿される。ＰＭＯＳトランジスタＱ５のゲート電極には発振制御信号ＳＯＣがインバータＧ３を介して反転して付与され、ＮＭＯＳトランジスタＱ６のゲート電極には発振制御信号ＳＯＣが付与される。

トランスファゲート部７内において、ＮＭＯＳトランジスタＱ８及びＰＭＯＳトランジスタＱ７がノードＮ４と出力カップリングコンデンサ２の他方電極との間に互いに並列に介挿される。ＮＭＯＳトランジスタＱ８はゲート電極に発振制御信号ＳＯＣを受け、ＰＭＯＳトランジスタＱ７のゲート電極には発振制御信号ＳＯＣがインバータＧ３を介して反転して付与される。

反転回路４ｃはＰＭＯＳトランジスタＱ３及びＮＭＯＳトランジスタＱ４の直列接続により構成される。反転回路４ｃの入力部であるＰＭＯＳトランジスタＱ３及びＮＭＯＳトランジスタＱ４のゲート電極は共通にノードＮ３に接続され、反転回路４ｃの出力部であるＰＭＯＳトランジスタＱ３及びＮＭＯＳトランジスタＱ４のドレインがノードＮ４に接続されるとともに、反転出力信号Ｓ４として出力される。

反転回路４ｃ内のＰＭＯＳトランジスタＱ３のソースは、降圧レギュレータ５よりレギュレータ出力信号Ｓ５を受け、ＮＭＯＳトランジスタＱ４のソースは接地レベルに設定される。降圧レギュレータ５は発振制御信号ＳＯＣを制御信号として受け、発振制御信号ＳＯＣが“１”のとき活性状態となり、電源Ｖddを降圧したレギュレータ出力信号Ｓ５を出力する。また、降圧レギュレータ５は“０”の発振制御信号ＳＯＣを受けると、非活性状態となり動作を停止する。

サージ保護回路１３はダイオードＤ１１、ダイオードＤ１２、ＰＭＯＳトランジスタＱ１１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１２より構成され、ダイオードＤ１１のアノードはノードＮ１に接続され、カソードは電源Ｖddに接続される。ダイオードＤ１２のカソードはノードＮ１に接続され、アノードは接地レベルに接続される。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ１１は電源Ｖdd，ノードＮ１間に介挿され、ゲート電極に制御信号ＳＣ１１が付与される。ＮＭＯＳトランジスタＱ１２はノードＮ１，接地レベル間に介挿され、ゲート電極に制御信号ＳＣ１２が付与される。

このような構成のサージ保護回路１３におけるＰＭＯＳトランジスタＱ１１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１２は、後に詳述するように、入出力ポート制御部１５からの制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１２（第１の制御信号）に基づき、ノードＮ１を介して端子ＸＣＩＮにデータ出力可能な第１のデータ出力機能を有している。

サージ保護回路１４はダイオードＤ２１、ダイオードＤ２２、ＰＭＯＳトランジスタＱ２１及びＮＭＯＳトランジスタＱ２２より構成され、ダイオードＤ２１のアノードはノードＮ２に接続され、カソードは電源Ｖddに接続される。ダイオードＤ２２のカソードはノードＮ２に接続され、アノードは接地レベルに接続される。

また、ＰＭＯＳトランジスタＱ２１は電源Ｖdd，ノードＮ２間に介挿され、ゲート電極に制御信号ＳＣ２１が付与される。ＮＭＯＳトランジスタＱ２２はノードＮ２，接地レベル間に介挿され、ゲート電極に制御信号ＳＣ２２が付与される。

このような構成のサージ保護回路１４におけるＰＭＯＳトランジスタＱ２１及びＮＭＯＳトランジスタＱ２２は、後に詳述するように、入出力ポート制御部１６からの制御信号ＳＣ２１，ＳＣ２２（第２の制御信号）に基づき、ノードＮ２を介して端子ＸＣＩＮにデータ出力可能な第２のデータ出力機能を有している。

入出力ポート制御部１５は、ＮＯＲゲートＧ１１、インバータＧ１２、ＮＡＮＤゲートＧ１３、ＮＯＲゲートＧ１４、及びバッファＧ１５より構成される。

ＮＯＲゲートＧ１１は一方入力に発振制御信号ＳＯＣを受け、他方入力に出力ポート制御信号バーＳＰＯを受ける。ＮＡＮＤゲートＧ１３は一方入力にＮＯＲゲートＧ１１の出力を受け、他方入力にポート出力データラッチ信号ＰＯＬ１を受ける。そして、ＮＡＮＤゲートＧ１３の出力信号が制御信号ＳＣ１１となる。

ＮＯＲゲートＧ１４は一方入力にポート出力データラッチ信号ＰＯＬ１を受け、他方入力にインバータＧ１２を介してＮＯＲゲートＧ１１の出力を受ける。そして、ＮＯＲゲートＧ１４の出力が制御信号ＳＣ１２となる。

また、バッファＧ１５は制御入力に入力ポート制御信ＳＰＩを受け、入力部がノードＮ１に接続され、出力信号をポート入力データ信号ＰＩＤ１として出力する。

入出力ポート制御部１６は、ＮＯＲゲートＧ２１、インバータＧ２２、ＮＡＮＤゲートＧ２３、ＮＯＲゲートＧ２４、及びバッファＧ２５より構成される。

ＮＯＲゲートＧ２１は一方入力に発振制御信号ＳＯＣを受け、他方入力に出力ポート制御信号バーＳＰＯを受ける。ＮＡＮＤゲートＧ２３は一方入力にＮＯＲゲートＧ２１の出力を受け、他方入力にポート出力データラッチ信号ＰＯＬ２を受ける。そして、ＮＡＮＤゲートＧ２３の出力信号が制御信号ＳＣ２１となる。

ＮＯＲゲートＧ２４は一方入力にポート出力データラッチ信号ＰＯＬ２を受け、他方入力にインバータＧ２２を介してＮＯＲゲートＧ２１の出力を受ける。そして、ＮＯＲゲートＧ２４の出力が制御信号ＳＣ２２となる。

また、バッファＧ２５は制御入力に入力ポート制御信ＳＰＩを受け、入力部がノードＮ２に接続され、出力信号をポート入力データ信号ＰＩＤ２として出力する。

このような構成において、発振制御信号ＳＯＣを“１”及び入力ポート制御信ＳＰＩを“０”にすると、降圧レギュレータ５は動作状態となり、レギュレータ出力信号Ｓ５を反転回路４ｃに供給し、トランスファゲート部６及びトランスファゲート部７は共に導通する。一方、制御信号ＳＣ１１及び制御信号ＳＣ１２が“１”に固定され、制御信号ＳＣ１２及び制御信号ＳＣ２２が“０”に固定され、バッファＧ１５及びＧ２５は非活性状態となる。

その結果、実施の形態５の発振回路は、図２で示した実施の形態２の回路と実質等価になり、水晶振動子３１に基づく発振周波数で反転回路４は反転動作を行い、反転回路４の出力信号から発振信号を生成することができ、実施の形態２の基本構成と同様な効果を奏する。

なお、トランスファゲート部６を構成するＰＭＯＳトランジスタＱ５及びＮＭＯＳトランジスタＱ６のトランジスタサイズを十分小さくすることにより、接合リーク電流が必要最小限に抑えている。したがって、トランスファゲート部６によるリーク電流による悪影響はほとんど生じない。

一方、発振制御信号ＳＯＣが“０”の場合、すなわち、データ入出力動作モード時の場合、降圧レギュレータ５の動作は停止され、トランスファゲート部６及びトランスファゲート部７が非導通となるため、実施の形態５の発振回路は発振動作を行わず、入出力ポートとして機能する。すなわち、降圧レギュレータ５が反転回路４ｃの反転動作を無効化する反転回路無効化手段として機能する。

加えて、データ入出力動作モード時において、トランスファゲート部６，７が非導通となるため、トランスファゲート部６，７が入出力ポート機能時に余分な容量負荷となることはない。

また、トランスファゲート部６，７が非導通になることにより、仮に反転回路４ｃが反転動作を行っても、反転回路４ｃの出力信号が入力カップリングコンデンサ１及び出力カップリングコンデンサ２の他方電極に伝達されることはない。したがって、トランスファゲート部６、７も反転回路４ｃの判定回路無効化手段として機能する。

さらに、トランスファゲート部７は、出力カップリングコンデンサ２が存在しない実施の形態１あるいは実施の形態４相当の構成で実施の形態５を実現する場合、発振制御信号ＳＯＣが“０”で非導通となり、ノードＮ２とノードＮ４との直流的なパスを確実に遮断することができる効果も有している。

なお、半導体集積回路２５を入出力ポートして機能させる場合、水晶振動子３１、コンデンサＣＣＩＮ及びコンデンサＣＣＯＵＴは端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴに接続しないことが前提となる。

発振制御信号ＳＯＣが“０”で、出力ポート制御信号バーＳＰＯが“０”、入力ポート制御信ＳＰＩが“０”の時、入出力ポート制御部１５及び１６の制御下で実行されるデータ出力動作モードとなる。

データ出力動作モード時には、入出力ポート制御部１５の制御信号ＳＣ１１及び制御信号ＳＣ１２により、サージ保護回路１３のＰＭＯＳトランジスタＱ１１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１２を出力バッファとして用いる。その結果、ポート出力データラッチ信号ＰＯＬ１の示す信号値がノードＮ１を介して端子ＸＣＩＮから出力される。

このように、入出力ポート制御部１５は、データ出力動作モード時には、制御信号ＳＣ１１及びＳＣ１２をＰＭＯＳトランジスタＱ１１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１２のゲート電極に与え、サージ保護回路１３の上記第１のデータ出力機能を有効にしている。

同様にして、データ出力動作モード時には、入出力ポート制御部１６の制御信号ＳＣＳ１及び制御信号ＳＣＧ２２により、サージ保護回路１４のＰＭＯＳトランジスタＱ２１及びＮＭＯＳトランジスタＱ２２を出力バッファとして用いる。その結果、ポート出力データラッチ信号ＰＯＬ２の示す信号値がノードＮ２を介して端子ＸＣＯＵＴから出力される。

このように、入出力ポート制御部１６は、データ出力動作モード時には、制御信号ＳＣ２１及びＳＣ２２をＰＭＯＳトランジスタＱ２１及びＮＭＯＳトランジスタＱ２２のゲート電極に与え、サージ保護回路１４の上記第２のデータ出力機能を有効にしている。

このとき、入出力ポート制御部１５及び１６のバッファＧ１５及びバッファＧ２５は“０”の入力ポート制御信ＳＰＩによって非活性とされる。

発振制御信号ＳＯＣが“０”で、出力ポート制御信号バーＳＰＯが“１”、入力ポート制御信ＳＰＩが“１”の時、入出力ポート制御部１５及び１６の制御下で実行されるデータ入力動作モードとなる。

この場合、制御信号ＳＣ１１及び制御信号ＳＣ１２が“１”に固定され、制御信号ＳＣ１２及び制御信号ＳＣ２２が“０”に固定される。したがって、サージ保護回路１３及び１４はサージ保護回路１１及び１２と等価な回路となる。

このとき、入出力ポート制御部１５及び１６のバッファＧ１５及びバッファＧ２５は“１”の入力ポート制御信ＳＰＩによって活性状態となり、ノードＮ１より得られる信号をポート入力データ信号ＰＩＤ１として取り込み、ノードＮ２より得られる信号をポート入力データ信号ＰＩＤ２として取り込む。

このように、実施の形態５の半導体集積回路２５は、入出力ポート制御部１５及び１６によってサージ保護回路１３及び１４を制御することにより、データ出力動作モード時には端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴからデータを出力し、データ入力動作モード時には端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴからデータを入力する、データ入出力動作を行うことがきる。

すなわち、実施の形態５の半導体集積回路２５は、端子ＸＣＩＮ及び端子ＸＣＯＵＴに水晶振動子３１等を接続することにより、実施の形態２の発振回路と同等の効果を発揮する発振回路を実現するとともに、入出力ポートとしての機能を併せて発揮することができる。

加えて、降圧レギュレータ５により、反転回路４ｃのＰＭＯＳトランジスタＱ３側への供給電源であるレギュレータ出力信号Ｓ５を電源Ｖddより下げることにより、より低消費電流の発振回路が実現できる効果も発揮することができる。

（変形例）
実施の形態５においても、反転回路４、並びにサージ保護回路１３及び１４に替えて、反転回路４ａ、並びにサージ保護回路１１ａ及び１２ａ（図３参照）と同等な構成を、入出力ポート制御部１５の制御機能を有効にしつつ設けることにより、図３で示した実施の形態２の第１の変形例と同様な変形が可能である。

同様にして、反転回路４、並びにサージ保護回路１３及び１４に替えて、反転回路４ｂ、並びにサージ保護回路１１ｂ及び１２ｂ（図４参照）と同等な構成を、入出力ポート制御部１６の制御機能を有効にしつつ設けることにより、図４で示した実施の形態２の第２の変形例と同様な変形が可能である。

また、その他の変形例として、トランスファゲート部７の代わりに反転回路をクロックドインバータにして設けて等価な効果を得ることが考えられる。

加えて、実施の形態５における内蔵の降圧レギュレータ５のレギュレータ出力信号Ｓ５を、反転回路４ｃを構成するＮＭＯＳトランジスタＱ４のソース電位として付与する方式に変更する対応が考えられる。この場合、ＮＭＯＳトランジスタＱ４のソースに接地レベルでなく正の所定電圧を付与し、実施の形態５と同等の消費電流削減効果を得ることも考えられる。

＜その他＞
実施の形態１〜実施の形態５において、コンデンサＣＣＯＵＴ及びコンデンサＣＣＩＮの基準電位を共に接地レベルに設定したが、コンデンサＣＣＯＵＴ及びコンデンサＣＣＩＮのうち少なくとも一方の基準電位を接地レベルでなく正のＤＣレベル設定しても、各実施の形態において同等の効果を得ることができる。

また、実施の形態１〜実施の形態５において、コンデンサＣＣＩＮ及びコンデンサＣＣＯＵＴを半導体集積回路外に外付けしたが、半導体集積回路内にコンデンサＣＣＩＮ及びコンデンサＣＣＯＵＴに相当するコンデンサを内蔵させる技術を組み合わせて外付け回路部品を削減することも考えられる。

また、実施の形態１〜実施の形態５において、サージ保護回路を構成するダイオードとして実素子を記載したが、トランジスタの寄生素子として形成される寄生ダイオードを代用してもよい。

その他、本発明と既存技術や容易に類推できるその変形を組み合わせた変形例は枚挙にいとまがない。なお、本実施例では寄生ダイオードのリーク電流として説明したが、寄生ダイオードでなく、純粋の接合ダイオードで保護回路を形成する場合であっても、発振問題で逆バイアスリーク電流対策が必要な場合に本発明のカップリングコンデンサ１，２相当の挿入により同一の効果が得られる。

本発明は発振回路技術に関するものである。また低消費低速動作モード及び低消費ウエイトモードの少なくとも一つを有する組み込み用ＭＣＵ製品への応用に適する。適用できる理由は時計用水晶発振回路を備えるが、プロセス微細化に伴いリーク電流が増加するので発振の阻害要因となり、対策が必要となることが考えられるからである。

この発明の実施の形態１である発振回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２である発振回路の構成（基本構成）を示す回路図である。 実施の形態２の発振回路の第１の変形例を示す回路図である。 実施の形態２の発振回路の第２の変形例を示す回路図である。 この発明の実施の形態３である発振回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態４である発振回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態５である発振回路の構成を示す回路図である。 従来の発振機能を有する半導体集積回路であるマイクロコンピュータの外付け部分の第２の構成例を示す説明図である。 従来の発振機能を有する半導体集積回路であるマイクロコンピュータの外付け部分の第２の構成例を示す説明図である。 従来の時計用発振回路の内部構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 入力カップリングコンデンサ、２ 出力カップリングコンデンサ、３ 伝送ゲート部、４，４ａ〜４ｃ 反転回路、５ 降圧レギュレータ、６，７ トランスファゲート部、１１〜１４，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ サージ保護回路、１５，１６ 入出力ポート制御部、２１〜２５，２２ａ，２２ｂ 半導体集積回路、３１ 水晶振動子、Ｒｆ 帰還抵抗。

Claims (5)

1. 発振子接続用の第１及び第２の端子を有する半導体集積回路であって、
   前記第１の端子に接続される第１のサージ保護回路と、
   前記第２の端子に接続される第２のサージ保護回路と、
   入力部が前記第１の端子側、出力部が前記第２の端子側に設けられる反転回路と、
   前記反転回路の入力部と出力部との間に介挿される抵抗成分と、
   前記第１の端子と前記反転回路の入力部との間に介挿される第１のカップリングコンデンサとを備え、
   前記第１のサージ保護回路は、第１の制御信号に基づき、前記第１の端子にデータ出力可能な第１のデータ出力機能を有し、
   前記第２のサージ保護回路は、第２の制御信号に基づき、前記第２の端子にデータ出力可能な第２のデータ出力機能を有し、
   前記第１の制御信号を前記第１のサージ保護回路に与え、データ入出力動作モード時には前記第１の端子を介したデータ入出力動作を可能にし、データ出力動作モード時には前記第１のデータ出力機能を有効にする第１の入出力ポート制御部と、
   前記第２の制御信号を前記第２のサージ保護回路に与え、データ入出力動作モード時には前記第２の端子を介したデータ入出力動作を可能にし、データ出力動作モード時には前記第２のデータ出力機能を有効にする第２の入出力ポート制御部と、
   前記データ入出力モード時には前記反転回路による動作を無効化する反転回路無効化手段とをさらに備える、
   半導体集積回路。
2. 発振子接続用の第１及び第２の端子を有する半導体集積回路であって、
   前記第１の端子に接続される第１のサージ保護回路と、
   前記第２の端子に接続される第２のサージ保護回路と、
   入力部が前記第１の端子側、出力部が前記第２の端子側に設けられる反転回路と、
   前記反転回路の入力部と出力部との間に介挿される抵抗成分と、
   前記第１の端子と前記反転回路の入力部との間に介挿される第１のカップリングコンデンサとを備え、
   前記第１のサージ保護回路は、発振動作起動開始直後の所定期間において前記第１の端子を第１の電位に初期設定する第１の初期設定機能を有し、
   前記第２のサージ保護回路は、発振動作起動開始直後の所定期間において前記第２の端子を前記第１の電位と異なる第２の電位に初期設定する第２の初期設定機能を有する、
   半導体集積回路。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載の半導体集積回路であって、
   前記第２の端子と前記反転回路の出力部との間に介挿される第２のカップリングコンデンサをさらに備える、
   半導体集積回路。
4. 請求項１ないし請求項３のうち、いずれか１項に記載の半導体集積回路であって、
   前記抵抗成分はＰＮ接合部を含むことなく形成される抵抗成分を含む、
   半導体集積回路。
5. 請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
   前記第１及び第２の端子との間に接続された発振子と、
   を備える発振回路。

Images