JP5746650B2 - 発振器 - Google Patents
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Description
さらに近年、より高精度なシステムの構築に際し、高い計時精度が求められてきており、より高安定なクロックを発生させる発振器の要求が高まっている。
温度補償を用いた高安定発振器の例としては、特許文献1に記載されている発振器がある。図7は特許文献1に記載されている発振器の構成を示す図である。図7において、本発振器は、水晶圧電素子50と、電圧によって周波数を変えることが可能な電圧制御発振部40と、この電圧制御発振部40を駆動するために必要なバイアス信号を生成するバイアス生成回路20と、このバイアス生成回路20を駆動する基準信号生成回路10とからなる。
また、基準信号生成回路10は、定レベル発生回路である。この基準信号生成回路10は、例えば、シリコンのバンドギャップを利用したバンドギャップリファレンス回路等で構成され、電源電圧等の外部変化に対し高安定な電圧源または電流源である。
例えば、第1、第2又は第4の実施形態の場合に対応し、保持回路によって通常動作と保持動作とを実現することにより、通常動作時は保持回路に入力される信号に依存してバイアス信号を発振部に出力し、保持動作時は保持回路に入力される信号に依存せず通常動作時のバイアス信号を発振部に出力するので、基準信号生成回路およびバイアス生成回路の少なくとも一方を低消費電力状態とさせることができ、面積の増大や精度の劣化を伴うことなく、低消費電力で動作可能な発振器を実現できる。
例えば、第2、第3、第4又は第5の実施形態の場合に対応し、基準信号を直接もしくは保持回路の出力として昇圧回路に入力し昇圧することにより、電源電圧を超える電圧である安定した基準信号を生成することができる。
前記第1の昇圧回路は前記発振部の出力により昇圧動作をすることが望ましい。発振部の出力により昇圧回路を動作することにより、低消費電力で動作可能な発振器を実現できる。
前記基準信号を昇圧し、昇圧した出力を前記第1のバイアス生成回路に供給する第2の昇圧回路と、を有していてもよい。
前記第2の昇圧回路は前記発振部の出力により昇圧動作をすることが望ましい。
この構成により、発振器各部を適切なタイミングで動作させることができる。
なお、前記発振部は、水晶圧電素子を用いることが望ましい。この構成により、安定した発振出力が得られる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態としての発振器のブロック図を図1に示す。図1において、本発明の第1の実施形態による発振器は、基準信号生成回路11と、バイアス生成回路21と、保持回路31と、電圧制御発振部41と、水晶圧電素子51と、タイミング信号生成回路61と、を備えており、出力端子FOUTから発振信号を出力する。
基準信号生成回路11およびバイアス生成回路21は、タイミング信号生成回路61から出力される信号INT_PDの電圧値に従って通常動作状態とパワーダウン状態とを切り替えできるようになっている。
一方、タイミング信号生成回路61から出力される信号INT_PDがLOレベルの区間では、基準信号生成回路11とバイアス生成回路21とが共にパワーダウン状態となるため、バイアス生成回路21の出力信号BIAS_Oの電圧値はパワーダウン電圧(例えば、0V)となる。
(間欠動作時の消費電流)=(通常動作時の消費電流)×(T1/T2) …(1)
したがって、周期T2の時間を時間T1より十分長くすることができれば、各回路の消費電流は電圧制御発振部41の消費電流と比較して十分小さくできるため、発振に最低限必要な消費電流のみで、高安定な発振器を構成することが可能となる。
図1の構成によれば、低消費電流で動作可能な高安定水晶発振器を実現できる。
なお、上記は入力されるバイアス信号により周波数を制御できる電圧制御発振部41を用いて説明したが、電圧制御発振部に限定されるものではなく、入力されるバイアス信号により駆動されるすべての発振部が含まれる。
本発明の第2の実施形態としての発振器のブロック図を図3に示す。図3において、本発明の第2の実施形態による発振器は、図1の発振器において、基準信号生成回路11とバイアス生成回路21との間に、昇圧回路12を追加した構成である。
実施形態1の基準信号生成回路の出力信号VREFを昇圧回路で昇圧し、バイアス生成回路21へ入力する。基準信号生成回路では電源電圧以上の電圧を生成することは難しい。この電圧を昇圧することにより、電源電圧を超える電圧である安定した基準信号となる信号HVREFを生成することができる。
図3の構成によれば、低消費電流かつ低消費電圧で動作可能な高安定水晶発振器を実現できる。
本発明の第3の実施形態としての発振器のブロック図を図4に示す。図4において、本発明の第3の実施形態による発振器は、図3の発振器における保持回路31の代わりに、基準信号生成回路11と昇圧回路12との間に、保持回路32を追加した構成である。
図4の構成によれば、低消費電流かつ低消費電圧で動作可能な高安定水晶発振器を実現できる。
本発明の第4の実施形態としての発振器のブロック図を図5に示す。図5において、本発明の第4の実施形態による発振器は、図3の発振器において、保持回路31を設ける他に、基準信号生成回路11と昇圧回路12との間に、保持回路32を追加した構成である。
図5の構成によれば、低消費電流かつ低消費電圧で動作可能な高安定水晶発振器を実現できる。
本発明の第5の実施形態としての発振器のブロック図を図6に示す。図6において、本発明の第5の実施形態による発振器は、図1の発振器において、主にDC的な消費電流の大きいアナログ回路で構成されるバイアス生成回路21と、DC電流が全体の消費電流と比較して無視できる主にデジタル回路で構成されるバイアス生成回路22と、を追加した構成である。
なお、上記は図1の発振器に上記のバイアス生成回路21および上記のバイアス生成回路22を追加した場合について説明したが、図3から図5までのいずれかの発振器に、上記のバイアス生成回路21および上記のバイアス生成回路22を追加してもよい。
また、本発明は水晶発振器に限定されるものではなく、SAW(Surface Acoustic Wave)発振器、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)発振器など、外部よりバイアス信号を必要とする発振器に適用可能である。
12 昇圧回路
20、21、22 バイアス生成回路
31、32 保持回路
40、41 電圧制御発振部
50、51 水晶圧電素子
61 タイミング信号生成回路
Claims (10)
- 入力される第1及び第2のバイアス信号により駆動される発振部と、
基準信号を発生する基準信号生成回路と、
前記基準信号生成回路の出力に基づき、第3のバイアス信号を発生させる第1のバイアス生成回路と、
前記第2のバイアス信号を発生させる第2のバイアス生成回路と、
前記第1のバイアス生成回路と前記発振部との間に配置され、通常動作時は入力される前記第3のバイアス信号に依存して前記第1のバイアス信号を前記発振部に入力し、保持動作時は入力される前記第3のバイアス信号に依存せず通常動作時の前記第1のバイアス信号を出力する保持回路と、
前記基準信号生成回路および前記第1のバイアス生成回路の少なくとも一方を所定の周期で所定の時間低消費電力状態とさせるための信号、および、前記保持回路を通常動作と保持動作とに切り替える信号を生成するタイミング信号生成回路と、
前記第1のバイアス信号を昇圧し、昇圧した出力を前記第2のバイアス生成回路に供給する第1の昇圧回路と、
を有することを特徴とする発振器。 - 前記第1の昇圧回路は前記発振部の出力により昇圧動作をすることを特徴とする請求項1に記載の発振器。
- 前記基準信号を昇圧し、昇圧した出力を前記第1のバイアス生成回路に供給する第2の昇圧回路と、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発振器。 - 前記第2の昇圧回路は前記発振部の出力により昇圧動作をすることを特徴とする請求項3に記載の発振器。
- 前記基準信号生成回路および前記第1のバイアス生成回路の低消費電力状態は、パワーダウン状態であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の発振器。
- 前記基準信号生成回路と前記第1のバイアス生成回路との間に別の保持回路がさらに配置され、前記別の保持回路に入力される信号は前記基準信号生成回路から出力される信号であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の発振器。
- 入力される第1及び第2のバイアス信号により駆動される発振部と、
第1の基準信号を発生する基準信号生成回路と、
通常動作時は入力される前記第1の基準信号に依存して第2の基準信号を出力し、保持動作時は入力される前記第1の基準信号に依存せず通常動作時の前記第2の基準信号を出力する保持回路と、
前記保持回路の前記第2の基準信号に基づき、前記第1のバイアス信号を発生させる第1のバイアス生成回路と、
前記第2のバイアス信号を発生させる第2のバイアス生成回路と、
前記基準信号生成回路を所定の周期で所定の時間低消費電力状態とさせるための信号、および、前記保持回路を通常動作と保持動作とに切り替える信号を生成するタイミング信号生成回路と、
前記第1のバイアス信号を昇圧し、昇圧した出力を前記第2のバイアス生成回路に供給する第1の昇圧回路と、
を有することを特徴とする発振器。 - 前記第1の昇圧回路は、前記第1のバイアス信号を昇圧した出力を電源として前記第2のバイアス生成回路に供給することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の発振器。
- 前記タイミング信号生成回路は、前記発振部の出力を入力とすることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の発振器。
- 前記発振部は、水晶圧電素子を用いることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の発振器。
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