JP6266424B2 - Oscillator circuit - Google Patents
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本発明は発振回路に関し、特に容量素子の充放電を利用して発振する発振回路に関する。 The present invention relates to an oscillation circuit, and more particularly to an oscillation circuit that oscillates by using charge / discharge of a capacitive element.
IC内部のクロック源などに用いられる発振回路では、電源電圧および温度に依存しない発振周期を得るため、特開2005-217762号広報(特許文献1)に記載の技術がある。この広報には、「容量素子C 1 の一端の電圧は、閾値電圧V t h を中心に、電源電圧および温度に影響されない一定の電圧( V I H − V t h 、V t h − V I L ) で振れる。そして、容量素子C 1 の一端は、電源電圧および温度に影響されない一定の電流I p , I n が流入、流出されることによって、一定の時間の充放電が行われる。従って、容量素子C 1 の一端の電圧は、電源電圧および温度に影響されずに一定の周期で電圧が変化する。」という記載がある。 In an oscillation circuit used for a clock source in an IC or the like, there is a technique described in JP 2005-217762 A (Patent Document 1) in order to obtain an oscillation period that does not depend on a power supply voltage and temperature. According to this publicity, “the voltage at one end of the capacitive element C 1 is a constant voltage (V I H −V th, V th −V I) that is not influenced by the power supply voltage and temperature, centering on the threshold voltage V th. L 1), and at one end of the capacitive element C 1, the constant currents I p and I n that are not influenced by the power supply voltage and temperature flow in and out, so that charging and discharging are performed for a certain time. The voltage at one end of the capacitive element C 1 changes at a constant cycle without being affected by the power supply voltage and temperature. ”
上記のように、充放電容量の電圧振幅を一定の電圧で振れば、電源電圧に依存しない発振周期が得られるが、発振回路に求められる電源電圧範囲が広い場合には、求められる最低電源電圧の状況下でも一定振幅で振ることができるように、その電圧振幅を小振幅に設計する必要がある。 As described above, if the voltage amplitude of the charge / discharge capacitance is shaken at a constant voltage, an oscillation period that does not depend on the power supply voltage can be obtained, but if the power supply voltage range required for the oscillation circuit is wide, the required minimum power supply voltage Therefore, it is necessary to design the voltage amplitude to be small so that it can be shaken with a constant amplitude even under the above conditions.
ところが、充放電する電圧振幅を小振幅にした場合、電源電圧が高い条件では、充放電電圧はコンパレータ回路の閾値近辺で振れ続ける事になる。 However, when the voltage amplitude for charging / discharging is set to a small amplitude, the charging / discharging voltage continues to fluctuate in the vicinity of the threshold value of the comparator circuit under the condition that the power supply voltage is high.
特許文献1では、「閾値電圧は、内部のNチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタのソース−ドレイン間の抵抗比によって決まる。」とあるので、閾値電圧近傍で貫通電流が大きく、特に電源電圧が高い場合に消費電流の増加が顕著であった。 In Patent Document 1, “the threshold voltage is determined by the resistance ratio between the source and the drain of the internal N-channel transistor and the P-channel transistor.” Therefore, when the through-current is large near the threshold voltage and the power supply voltage is particularly high. The increase in current consumption was remarkable.
そこで、本発明は、貫通電流を削減し、かつ温度・電圧依存性の小さい発振回路を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an oscillation circuit that reduces through current and has low temperature and voltage dependency.
上記課題を解決するために、代表的な本発明の回路形態の一つは、容量素子の充放電を利用した発振回路において、閾値判定に電流制限したコンパレータ回路を用いることで、貫通電流を無くし、また、充放電電圧の設定に電圧リミット回路を用い、電源電圧依存性を抑えるものである。
In order to solve the above problems, one of the typical circuit configurations of the present invention is to eliminate a through current by using a comparator circuit that limits a current for threshold judgment in an oscillation circuit that uses charge and discharge of a capacitive element. In addition, a voltage limit circuit is used for setting the charge / discharge voltage, and the power supply voltage dependency is suppressed.
本発明によれば、貫通電流が抑えられ、かつ温度・電源電圧依存の小さいクロック源を得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clock source in which through current is suppressed and temperature and power supply voltage dependence is small.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
(最小構成のブロック図)
本実施例による発振回路1の構成について、図1〜2を用いて説明する。
(Minimum configuration block diagram)
The configuration of the oscillation circuit 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、発振回路1の構成例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 1.
前記発振回路1は、ノードAの電圧と任意の閾値とを比較し結果をノードBに出力する、電流源2によって電流制限されたコンパレータ回路1と、ノードBの電圧を受けて、電源電圧・温度によらず一定の電圧振幅でノードCに出力する電圧リミット回路3と、一端を前記ノードAに接続し、他端をノードCに接続した容量素子7と、前記容量素子に対して、電源電圧および温度によらない一定の充電電流IC1を流す電流源4と、前記容量素子に対して、電源電圧および温度によらない一定の放電電流IC2を流す電流源5と、ノードCの電圧レベルがローレベルであれば前記電流源4と前記ノードAを接続し、ノードCの電圧レベルがハイレベルであれば前記電流源5と前記ノードAを接続するためのスイッチ回路6と、を備える。
The oscillation circuit 1 compares the voltage at the node A with an arbitrary threshold value and outputs the result to the node B. The comparator circuit 1 that is current limited by the
上述した発振回路1の作用について、図2を用いて説明する。 The operation of the above-described oscillation circuit 1 will be described with reference to FIG.
図2は、発振回路の動作を示すタイミングチャートである。 FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the oscillation circuit.
今、ノードAの電圧がコンパレータ1の閾値電圧(VTH)よりも高い場合、コンパレータ1はノードBにローレベル(VL1)を出力し、電圧リミット回路はこれを受けてノードCに振幅制限されたハイレベル(VH2)を出力する。ノードCの電位がローレベル(VL2)からハイレベル(VH2)に上がると、容量素子7を介してノードAの電位はVTH+(VH2−VL2)に増加し、スイッチ回路6は、ノードCがハイレベル(VH2)である場合に、放電電流を流す電流源5とノードAを接続するため、ノードAの電圧レベルは放電電流と容量素子7で決まる一定の傾きで減少し、コンパレータ1の閾値電圧(VTH)に達する。
If the voltage at the node A is higher than the threshold voltage (VTH) of the comparator 1, the comparator 1 outputs a low level (VL1) to the node B, and the voltage limit circuit receives this and is limited in amplitude to the node C. A high level (VH2) is output. When the potential of the node C rises from the low level (VL2) to the high level (VH2), the potential of the node A increases to VTH + (VH2−VL2) via the
ノードAの電圧レベルが閾値電圧(VTH)を下回ると、コンパレータ1はノードBにハイレベル(VH1)を出力し、電圧リミット回路はこれを受けてノードCに振幅制限されたローレベル(VL2)を出力する。ノードCの電位がハイレベル(VH2)からローレベル(VL2)に下がると、容量素子7を介してノードAの電位はVTH―(VH2−VL2)に低下し、スイッチ回路6は、ノードCがローレベル(VL2)である場合に、充電電流を流す電流源4とノードAを接続するため、ノードAの電圧レベルは充電電流と容量素子7で決まる一定の傾きで増加し、コンパレータ1の閾値電圧(VTH)に達する。
When the voltage level of the node A falls below the threshold voltage (VTH), the comparator 1 outputs a high level (VH1) to the node B, and the voltage limit circuit receives this and the low level (VL2) whose amplitude is limited to the node C. Is output. When the potential of the node C is lowered from the high level (VH2) to the low level (VL2), the potential of the node A is decreased to VTH− (VH2−VL2) through the
以上の動作が繰り返されて発振される。 The above operation is repeated to oscillate.
ここで、コンパレータ回路1は、電源―GND間に電流源2が直列に接続されているため、最大の消費電流は制限される。例えば、コンパレータ回路1を電源と電流源2の間を直列に接続されたスイッチで構成した場合、コンパレータ回路1の消費電流は出力がハイレベルの場合に電流源2で制限された電流が消費され、出力がローレベルの場合には電流が流れない。図中、破線で示したCMOSインバータを用いた場合の貫通電流と比較すると、消費電流の低減効果が見て取れる。電流源2に、電源電圧に依存しない一定の電流源を選べば、電源電圧が高い場合でも消費電流が増加することも無い。
Here, in the comparator circuit 1, since the
本形態によれば、コンパレータにCMOSインバータを用いたものよりも低消費電流化することができる。 According to this embodiment, it is possible to reduce current consumption as compared with a comparator using a CMOS inverter.
なお、図2のタイミングチャートに示した、ノードBの信号のハイレベル、ローレベルの極性は一例であり、反転の極性で信号を出力する構成も実施例に含むことができる。
Note that the high-level and low-level polarities of the signal at the node B shown in the timing chart of FIG. 2 are examples, and a configuration in which signals are output with inverted polarities can be included in the embodiments.
(最小構成のMOSレベル回路)
本実施例の発振回路1の構成について、図3〜図4を用いて説明する。
(Minimum configuration MOS level circuit)
The configuration of the oscillation circuit 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図3は、本実施例の発振回路1の構成例を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the oscillation circuit 1 of the present embodiment.
前記発振回路は、ゲート端子をノードAに接続し、ソース端子を電源に接続し、ドレイン端子をノードBに接続したPMOSトランジスタ(MP)1と、一端を前記ノードBに接続し、他端をGND電位に接続した電流源2と、ゲート端子を前記ノードBに接続し、ソース端子を、一端をGND電位に接続した電流源11の他端に接続し、ドレイン端子をノードCに接続したNMOSトランジスタ(MN)1と、一端を前記ノードCに接続し、他端を電源電位VDDに接続した抵抗素子R1と、前記ノードBを入力として、ノードC2に反転出力するインバータ10と、ゲート端子を前記ノードC2に接続し、ソース端子を、一端を電源電位VDDに接続した電流源4の他端に接続し、ドレイン端子を前記ノードAに接続したMP2と、ゲート端子を前記ノードC2に接続し、ソース端子を、一端をGND電位に接続した電流源5の他端と接続し、ドレイン端子を前記ノードAに接続したMN2と、一端を前記ノードAに接続し、他端を前記ノードCに接続した容量素子7と、を備える。
The oscillation circuit includes a PMOS transistor (MP) 1 having a gate terminal connected to a node A, a source terminal connected to a power supply, a drain terminal connected to a node B, one end connected to the node B, and the other end connected to the node B. An NMOS having a
PMOSトランジスタMP1は、入力がノードAに接続されたコンパレータ回路を構成していおり、ノードAの電位がMP1固有の閾値電圧VTH(MP1)より高ければOFFし、ノードBに基準電圧GNDが出力され、また、閾値電圧VTH(MP1)より低ければONし、ノードBに電源電圧VDDが出力される。 The PMOS transistor MP1 constitutes a comparator circuit whose input is connected to the node A. The PMOS transistor MP1 is turned off when the potential of the node A is higher than the threshold voltage VTH (MP1) specific to MP1, and the reference voltage GND is output to the node B. If the voltage is lower than the threshold voltage VTH (MP1), the signal is turned on, and the power supply voltage VDD is output to the node B.
NMOSトランジスタMN1は、ソース端子に前記R1の抵抗値に反比例した電流を流す電流源11を接続しており、ゲート端子に接続されたノードBの電位がMN1固有の閾値電圧VTH(MN1)よりも高ければONし、ここで、電源電圧をVDDとし、充電電流をIC1とすると、ノードCに(VL2=VDD−R1×(IR1−IC1))となるローレベル(VL2)を出力し、また、閾値電圧VTH(MN1)よりも低ければOFFし、ここで、放電電流をIC2とすると、ノードCに(VH2=VDD−R1×IC2)となるハイレベル(VH2)を出力する。
The NMOS transistor MN1 has a source terminal connected to a
いま、IC1=IC2<<IR1となるように電流値を選べば、ノードCに出力される電圧振幅は、VH2−VL2=R1×IR1で表され、IR1はR1に反比例する様に制御されるため、R1の電源電圧および温度変動の影響を受けない一定の電圧振幅が得られる。 If the current value is selected so that IC1 = IC2 << IR1, the voltage amplitude output to the node C is expressed as VH2-VL2 = R1 × IR1, and IR1 is controlled to be inversely proportional to R1. Therefore, a constant voltage amplitude that is not affected by the power supply voltage of R1 and temperature fluctuation can be obtained.
一方、インバータ10は、ノードBの電圧レベルを、ノードC2に反転出力するため、ノードCがハイレベル(VH2)のときにはノードC2にVDDを出力しており、ノードCがローレベル(VL2)のときにはノードC2にGNDを出力している。
On the other hand, since the
MP2およびMN2は、充放電電流を切り替えるスイッチを構成しており、ノードC2がVDDの場合にMP2はOFFし、MN2はONするため、前記容量素子7の一端が接続されたノードAの電位は放電電流IC2によって放電され、ノードC2がGNDの場合は、MP2がONし、MN2がOFFするため、ノードAの電位は充電電流IC1によって充電される。
MP2 and MN2 constitute a switch for switching the charging / discharging current. When the node C2 is VDD, MP2 is turned off and MN2 is turned on. Therefore, the potential of the node A to which one end of the
図4は、発振回路1の電流源の構成例を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a current source of the oscillation circuit 1.
前記電流源は、オペアンプOPAと、電源電圧・温度の影響を受けない一定の基準電圧VREFと、電源電圧・温度の影響を受けない抵抗素子RREF1と、図5の抵抗素子R1と比精度がとれるよう配置した抵抗素子RREF2と、PMOSトランジスタPMで構成されたカレントミラー回路と、NMOSトランジスタNMで構成されたカレントミラー回路、を備える。 The current source has a specific accuracy as compared with the operational amplifier OPA, a constant reference voltage VREF not affected by power supply voltage / temperature, a resistance element RREF1 not affected by power supply voltage / temperature, and the resistance element R1 shown in FIG. The resistor element RREF2 arranged in such a manner, a current mirror circuit composed of a PMOS transistor PM, and a current mirror circuit composed of an NMOS transistor NM are provided.
MP20は、ソース端子を電源電圧に接続し、ドレイン端子をRREF1に接続する。OPA1は、RREF1の端子電圧がVREF1と等しくなる様にMP20のゲート電圧を制御し、MP20にはVREF1/RREF1となる電流が流れる。MP21およびMP22は、MP20とゲート端子を共通に接続したカレントミラー回路を構成しており、MP22は電源電圧・温度の影響を受けない充電電流源4として用いる。また、MN20、M21およびMN22もカレントミラー回路を構成しており、MN20はMP21から受けた電流をミラーし、MN21およびM22を放電電流源5および電流源2として用いる。
MP20 has a source terminal connected to the power supply voltage and a drain terminal connected to RREF1. The OPA1 controls the gate voltage of the MP20 so that the terminal voltage of the RREF1 becomes equal to the VREF1, and a current of VREF1 / RREF1 flows through the MP20. MP21 and MP22 constitute a current mirror circuit in which MP20 and a gate terminal are connected in common, and MP22 is used as the charging
同様の構成にて、MN24はVREF2/RREF2となる、RREF2に反比例した電流源として用いる。 With the same configuration, the MN 24 is used as a current source that is inversely proportional to RREF2, which is VREF2 / RREF2.
本形態によれば、簡易な回路構成にて、電源電圧および温度の影響を受けない発振回路にて、貫通電流を制限することができる。
According to this embodiment, the through current can be limited by an oscillation circuit that is not affected by the power supply voltage and temperature with a simple circuit configuration.
(最小構成にチャージ電流キャンセルによる抵抗温度依存低減効果)
本実施例の発振回路1の構成について、図5を用いて説明する。
(Resistance temperature dependence reduction effect due to charge current cancellation in minimum configuration)
The configuration of the oscillation circuit 1 of this embodiment will be described with reference to FIG.
図5は、本実施例の発振回路1の構成例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the oscillation circuit 1 of the present embodiment.
本実施例は、前記実施例2で示した回路図に対して、MN1のソース端子に、さらに電流源21を接続したものである。その他の構成は、既に説明した図3に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
In this embodiment, a
ここで、電流源21の電流値は、充電電流源4の電流値(IC1)と、放電電流源5の電流値(IC2)の和に設定する。このとき、ノードCに出力されるローレベル電圧(VL2)は、VL2=VDD−R1×(IR1+IC1+IC2−IC2)となり、一方ハイレベル電圧(VH2)はVH2=VDD−R1×IC1となる。したがって、ノードCの電圧振幅は、(VH2−VL2)=R1×IR1となり、充放電電流IC1およびIC2の影響を打ち消すことができる。
Here, the current value of the
本形態によれば、ノードCにおける充放電電流の影響を打ち消すことで、電圧リミッタ回路の消費電流を低減し、また、電圧振幅の精度が向上する。
According to this embodiment, the current consumption of the voltage limiter circuit is reduced by canceling the influence of the charging / discharging current at the node C, and the accuracy of the voltage amplitude is improved.
(最小構成に出力インピーダンス低減効果)
本実施例の発振回路1の構成について、図6を用いて説明する。
(Minimum configuration with reduced output impedance)
The configuration of the oscillation circuit 1 of this embodiment will be described with reference to FIG.
図6は、本実施例の発振回路1の構成例を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the oscillation circuit 1 of the present embodiment.
本実施例は、前記実施例2で示した回路図に対して、MN3と電流源31で構成されるソースフォロワ回路を追加したものである。その他の構成は、既に説明した図3に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
In this embodiment, a source follower circuit composed of MN3 and a
前述した図3の回路は、R1と、MN1と、電流源11と、から成る電圧リミット回路の、ノードCから見た出力抵抗は、電流源の出力抵抗がR1に比べ十分大きいとすると、R1であるため、ノードCの電圧遷移速度は、R1と容量素子7の積である時定数によって制限される。特に電流源11の電流を絞る場合に、一定の電圧振幅を確保するためにはR1の抵抗値を大きくせざるをえないため、速度が低下し、比較的高い発振周波数を得ることが困難となる。
In the circuit of FIG. 3 described above, the output resistance viewed from the node C of the voltage limit circuit composed of R1, MN1, and
図6の回路は、MN3と電流源31から成る電圧リミット回路出力の、ノードCから見た出力抵抗は、ソースフォロワ回路の特性から、MN3のトランスコンダクタンスをgm(MN3)とすると、出力抵抗=1/gm(MN3)で主に決まり、また、ノードCの電位は、ノードDの電位から決まる。gm(MN3)はMOSのアスペクト比で変更可能なため、同じ電圧振幅、電流値に対して、抵抗よりも出力抵抗値を下げることができる。したがって、図3の回路と比較して、発振周波数を上げることができる。
In the circuit of FIG. 6, the output resistance of the voltage limit circuit output composed of MN3 and the
本形態によれば、ソースフォロワ回路により、ノードCの電圧波形を急峻にし、比較的高い発振周波数を得られる。
According to this embodiment, the source follower circuit makes the voltage waveform of the node C steep and a relatively high oscillation frequency can be obtained.
(最小構成に出力インピーダンス低減+電流キャンセル効果)
本実施例の発振回路1の構成について、図7を用いて説明する。
(Minimum output impedance reduction + current cancellation effect)
The configuration of the oscillation circuit 1 of this embodiment will be described with reference to FIG.
図7は、本実施例の発振回路1の構成例を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the oscillation circuit 1 of the present embodiment.
本実施例は、前記実施例4で示した回路図に対して、MP3とMN4で構成されるスイッチと、インバータ33を追加したものである。その他の構成は、既に説明した図6に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
In this embodiment, a switch composed of MP3 and MN4 and an
インバータ33は、ノードC2の電圧レベルを反転出力するために追加したものである。したがって、ノードC2がローレベルのとき、MP2およびMN4がONし、MN2およびMP3がOFFするため、充電電流IC1は、MP2を通じて容量素子7に流れ込み、さらにMN4を通して放電電流源5に流れ込む経路をとる。他方、ノードC2がハイレベルのときは、MP3およびMN2がONし、MP2およびMN4がOFFするため、放電電流IC2は、MN2を通じて容量素子7から電流を引き込み、さらにMP3を通して充電電流源4から引き込む経路をとる。このとき、IC1=IC2と設定すれば、MN3のソース端子に流れ込む充放電電流の影響を打ち消すことができる。
The
本形態によれば、ソースフォロワ回路により電圧波形を急峻にした上で、さらに電圧振幅の精度を向上させることができる。
According to this embodiment, it is possible to further improve the accuracy of the voltage amplitude while making the voltage waveform steep by the source follower circuit.
(充電シングルの差動構成、閾値電圧差や経路間遅延なし効果+速度向上)
本実施例の発振回路1の構成について、図8〜9を用いて説明する。
(Charging single differential configuration, no threshold voltage difference and no delay between paths + speed improvement)
The configuration of the oscillation circuit 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図8は、本実施例の発振回路1の構成例を示すブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 1 of the present embodiment.
前記発振回路1は、ノードAの電圧と任意の閾値とを比較し、結果を、ノードB1およびノードB2に差動電圧を出力する、電流源2によって電流制限されたコンパレータ回路52と、ノードB1およびB2の差動電圧を受けて、電源電圧・温度によらず一定の電圧振幅でノードC1を駆動し、また、ノードC1およびノードC2に差動電圧を出力する電圧リミット回路53と、ノードC1およびノードC2の差動電圧を受けて、ノードAに電流出力するシングル出力の充放電電流切替回路51と、を備える。
The oscillation circuit 1 compares the voltage at the node A with an arbitrary threshold value, and outputs a differential voltage to the node B1 and the node B2. The
図9は、図8の構成例を示す回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of FIG.
充放電電流切替回路51は、PMOSトランジスタMP50〜MN51および、NMOSトランジスタMN50〜MN51と、温度・電源電圧の影響を受けない電流源5と、を備え、ここで、ノードC1の電位をVC1とし、ノードC2の電位をVC2とし、ノードC1−C2間の差動電圧をVC_DIFF=(VC1−VC2)とすれば、VC_DIFF>0であれば、MN50がONし、MN51がOFFし、MN51がOFFしたことにより、カレントミラーを構成するMP51とMP50もOFFし、ノードAを電流源5の電流により放電する。また、VC_DIFF<0であれば、MN50がOFFし、MN51がONし、MN51がONしたことによりMP51とMP50がMN51に流れる電流をMP50にミラーし、ノードAをミラー電流で充電する。
The charge / discharge
コンパレータ回路52は、抵抗R50〜R51と、NMOSトランジスタMN52〜MN53と、電流源2と、で構成される差動対と、電圧源VTH50を備え、ここで、ノードB1の電位をVB1とし、ノードB2の電位をVB2とし、ノードB1−B2間の差動電圧を(VB_DIFF)=(VB1−VB2)とすれば、ノードAの電圧がVTH50よりも高ければ、VB_DIFF<0を出力し、ノードAの電圧がVTH50よりも低ければ、VB_DIFF>0を出力する。また、消費電流は電流源2で制限されるため、電源電圧によらず常に電流源2で設定した電流消費となり、大きな貫通電流は流れない。
The
電圧リミット回路53は、抵抗R52〜R53と、NMOSトランジスタMN54〜MN55と、前記抵抗R52〜R53に反比例した電流IR1を流す電流源11と、前記充電および放電電流の和となる電流源21と、を備え、VB_DIFF<0であればVC_DIFF>0となり、VB_DIFF>0であればVC_DIFF<0となる。特に、ノードC1の電圧振幅は、前記実施例3と同様の効果により、(R52×IR1)であり、R52とIR1で決まる一定の電圧振幅となる。
The
ところで、特許文献1に記載された回路や、前記した図3の様なシングル入出力の回路構成にて、電源電圧の影響を無くすためにノードCの電圧を小振幅に固定した場合、図3に示したMP2、MN2を切り替えるほどの電圧振幅が得られないため、インバータ10によるバッファリングが必要となる。この場合、ノードB→C→A→Bとなる帰還経路1と、ノードB→C2→A→Bとなる帰還経路2の2つの経路によって、発振動作が行われることになるが、経路の違いによる経路間遅延時間差はもとより、図中のインバータ10の電圧閾値と、MN1の電圧閾値の差によって信号切り替わりのタイミングが異なるため、各経路間の遅延時間や、閾値電圧を調整する必要がある。
When the voltage of the node C is fixed to a small amplitude in order to eliminate the influence of the power supply voltage in the circuit described in Patent Document 1 or the single input / output circuit configuration as shown in FIG. Since the voltage amplitude enough to switch between MP2 and MN2 shown in FIG. 2 cannot be obtained, buffering by the
そこで、充放電電流切替回路51と、電圧リミット回路53を差動入力とすることで、スイッチング動作に必要な電圧振幅は、シングル入力と比べ小さくて済むため、電圧リミット回路の出力を直接充放電切替回路に入力でき、閾値電圧差による経路間遅延を考慮する必要が無くなる。また、コンパレータ回路の出力電圧も小振幅で良いため、比較的小振幅の電圧入力により、出力をVDD−GNDまでフルに振る場合と比べて高速化できる。
Therefore, by setting the charge / discharge
本形態によれば、閾値電圧差による経路間の遅延時間を無くすことができるため、設計が簡易となり、また、小振幅信号伝送により高い発振周波数を得られる。 According to this embodiment, the delay time between paths due to the threshold voltage difference can be eliminated, so that the design is simplified and a high oscillation frequency can be obtained by small amplitude signal transmission.
なお、図9に示したコンパレータ回路52の回路構成は一例であり、抵抗R50〜R51は、トランジスタを使用した能動負荷を含むことができる。また、電圧リミット回路の充放電電流の打ち消し方法としては、前記実施例3〜5のいずれも含むことができる。また、充放電電流切替回路51の能動負荷MP50およびMP51は、電流源負荷も含むことができる。
Note that the circuit configuration of the
(全差動構成。ノイズ除去能力UP効果)
本実施例の発振回路1の構成について、図10〜11を用いて説明する。
(Fully differential configuration, noise removal capability UP effect)
The configuration of the oscillation circuit 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS.
図10は、本実施例の発振回路1の構成例を示すブロック図である。 FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 1 according to the present embodiment.
本実施例は、前記実施例6で示した図8に対して、シングル出力の充放電電流切替回路51を、全差動入出力の充放電電流切替回路61に置き換え、シングル入力のコンパレータ回路52を全差動入出力のコンパレータ回路62に置き換え、さらに容量素子64を追加したものである。その他の構成は、既に説明した図8に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
In the present embodiment, a single output charge / discharge
図11は、図10の構成例を示す回路図である。 FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of FIG.
充放電電流切替回路61は、電源電圧・温度によらず一定の電流を流す電流源65および66と、前記MN51と、MN50と、電流源5と、を備え、ここで、電流源65および66の電流値を、電流源5の電流値(IC1)の1/2とすれば、VC_DIFF<0であれば、MN50がOFFし、MN51がONし、容量素子7の一端であるノードA1を、(IC/2)の一定電流で充電し、容量素子64の一端であるノードA2を、(IC−IC/2)=IC/2の一定電流で放電する。また、VC_DIFF>0であれば、MN50がONし、MN51がOFFし、ノードA1を(IC−IC/2)=IC/2の一定電流で放電し、ノードA2をIC/2の一定電流で充電する。
The charge / discharge
容量素子64は、容量素子7と同一の容量値を持つ。
The
コンパレータ回路62は、図9のコンパレータ回路52から電圧源VTH50を除去したもので、MN53のゲート端子を電圧源VTH50の代わりにノードA2に接続しており、ノードA1の電位をVA1とし、ノードA2の電位をA2とし、ノードA1−A2間の差動電圧をVA_DIFF=(VA1−VA2)とすれば、VA_DIFF<0であれば、VB_DIFF>0を出力し、VA_DIFF>0であれば、VB_DIFF<0を出力する。
The
電圧リミット回路63は、抵抗R52およびR53の抵抗値をR52=R53=RDとし、電流源11の電流値をIR1とし、ノードC1の電位をVC1とし、ノードC2の電位をVC2とし、ノードC1−C2間の差動電圧をVC_DIFF=(VC1−VC2)とすれば、実施例3と同様の効果により、VB_DIFF<0であれば、VC_DIFF=RD×IR1となる一定の電圧を出力し、VB_DIFF>0であれば、VC_DIFF=−RD×IR1となる一定の電圧を出力する。
The
本形態によれば、帰還ループを全て差動信号で伝達することから、外来ノイズに対して、高い耐性を得られる。 According to this embodiment, since all the feedback loops are transmitted as differential signals, high resistance to external noise can be obtained.
なお、図11に示したコンパレータ回路62の回路構成は一例であり、抵抗R50〜R51は、トランジスタを使用した能動負荷を含むことができる。また、電圧リミット回路の充放電電流の打ち消し方法としては、前記実施例3〜5のいずれも含むことができる。
Note that the circuit configuration of the
(本発明の発振回路をシステムに組み込む場合)
本実施例の、発振回路1を含む集積回路の構成について、図12〜13を用いて説明する。
(When incorporating the oscillation circuit of the present invention into a system)
The configuration of the integrated circuit including the oscillation circuit 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図12は、集積回路の構成例を示すブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of an integrated circuit.
前記集積回路は、バッテリ電圧が入力され、内部回路の電源電圧を制御するレギュレータ回路と、レギュレータ回路の出力電圧によって動作する内部回路および前記発振回路1と、を備える。 The integrated circuit includes a regulator circuit that receives a battery voltage and controls a power supply voltage of the internal circuit, an internal circuit that operates according to an output voltage of the regulator circuit, and the oscillation circuit 1.
図13は、集積回路の別の構成例を示すブロック図である。 FIG. 13 is a block diagram illustrating another configuration example of the integrated circuit.
前記集積回路は、バッテリ電圧が入力され、内部回路の電源電圧を制御するレギュレータ回路と、レギュレータ回路の出力電圧によって動作する内部回路と、バッテリ電圧が入力され動作を行う前記発振回路1と、を備える。 The integrated circuit includes a regulator circuit that receives a battery voltage and controls a power supply voltage of the internal circuit, an internal circuit that operates according to an output voltage of the regulator circuit, and the oscillation circuit 1 that operates when the battery voltage is input. Prepare.
前記発振回路1は、発振周波数の精度は基準電圧および基準電流によって主に決定され、消費電流は電流源の電流値によって制限されるため、回路外部から見た特性は、図12と図13のいずれも同等である。 In the oscillation circuit 1, since the accuracy of the oscillation frequency is mainly determined by the reference voltage and the reference current, and the consumption current is limited by the current value of the current source, the characteristics viewed from the outside of the circuit are shown in FIGS. Both are equivalent.
したがって、前記発振回路1によれば、レギュレータ回路に比較的精度が求められず、また、無くても良い。特に図13の構成例においては、レギュレータ回路が、正常な電圧出力できない場合でも動作するバックアップ用クロックとしても用いることができる。
Therefore, according to the oscillation circuit 1, the regulator circuit is not required to have relatively high accuracy, and may not be required. In particular, in the configuration example of FIG. 13, the regulator circuit can be used as a backup clock that operates even when a normal voltage cannot be output.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
1…コンパレータ回路、
2、4、5、11、21、31、65、66…電流源、
3…電圧リミット回路、
6…スイッチ回路、
7、64…容量素子、
10…インバータ回路、
51…充放電電流切替回路、
52…差動出力コンパレータ回路、
53…全差動入出力電圧リミット回路、
MN1〜3、MN20〜24、MN50〜55…NMOSトランジスタ、
MP1〜3、MP20〜24、MP50〜51…PMOSトランジスタ、
OPA1〜2…反転増幅器、
R1、R50〜53、RREF1〜2…抵抗素子、
VREF1〜2…基準電圧
VTH50…電圧源
1 ... Comparator circuit,
2, 4, 5, 11, 21, 31, 65, 66 ... current source,
3 ... Voltage limit circuit,
6 ... Switch circuit,
7, 64 ... capacitive element,
10: Inverter circuit,
51. Charge / discharge current switching circuit,
52. Differential output comparator circuit,
53. Fully differential input / output voltage limit circuit,
MN1-3, MN20-24, MN50-55 ... NMOS transistors,
MP1-3, MP20-24, MP50-51 ... PMOS transistor,
OPA1-2 ... inverting amplifier,
R1, R50 to 53, RREF1-2, resistance element,
VREF1-2 ... reference voltage VTH50 ... voltage source
Claims (7)
前記容量素子の一端の電圧を閾値電圧と比較した結果を出力する、電流源で消費電流が制限された差動型コンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力される電圧に応じて、電源電圧および温度の影響を受けずに一定の電圧振幅により前記容量素子の他端を駆動する、電圧リミット回路と、
電源電圧および温度の影響を受けない一定の電流を、前記コンパレータから出力される電圧に応じて前記容量素子の一端に流入し、または前記容量素子の一端から流出する定電流源と、を有することを特徴とする発振回路。 In an oscillation circuit that is driven by a battery voltage and oscillates using charge / discharge of a capacitive element,
A differential comparator circuit that outputs a result obtained by comparing a voltage at one end of the capacitive element with a threshold voltage, the current consumption of which is limited by a current source;
In accordance with the voltage output from the comparator circuit, the voltage limit circuit that drives the other end of the capacitive element with a constant voltage amplitude without being affected by the power supply voltage and temperature;
A constant current source that flows into one end of the capacitive element or flows out from one end of the capacitive element according to a voltage output from the comparator, a constant current that is not affected by a power supply voltage and temperature. An oscillation circuit characterized by.
一端をグランドに接地し、他端をNMOSトランジスタ1のソースと接続した電流源2と、
ソースを前記電流源1と接続し、ドレインを前記容量素子の一端とNMOSトランジスタ1のドレインと接続する前記PMOSトランジスタ1と、ソースを前記電流源2の他端に接続し、ゲートを前記PMOSトランジスタ1のゲートと接続し、前記電圧リミット回路の出力極性と同相のスイッチ電圧が入力される前記NMOSトランジスタ1と、ソースを前記電流源1の他端と接続し、ドレインを前記容量素子の他端とNMOSトランジスタ2のドレインと接続するPMOSトランジスタ2と、ソースを前記電流源2の他端と接続し、ゲートを前記PMOSトランジスタ2のゲートと接続し、前記電圧リミット回路の出力極性と逆相のスイッチ電圧が入力される前記NMOSトランジスタ2と、を有することを特徴とする請求項1に記載の発振回路。 A constant current source circuit that flows into or out of one end of the capacitive element includes a current source 1 having one end connected to the power source and the other end connected to the source of the PMOS transistor 1;
A current source 2 having one end grounded and the other end connected to the source of the NMOS transistor 1;
The PMOS transistor 1 has a source connected to the current source 1, a drain connected to one end of the capacitive element and the drain of the NMOS transistor 1, a source connected to the other end of the current source 2, and a gate connected to the PMOS transistor. The NMOS transistor 1 is connected to the gate of No. 1, the switch voltage having the same phase as the output polarity of the voltage limit circuit, the source is connected to the other end of the current source 1, and the drain is the other end of the capacitive element. And the PMOS transistor 2 connected to the drain of the NMOS transistor 2, the source is connected to the other end of the current source 2, the gate is connected to the gate of the PMOS transistor 2, and the output polarity of the voltage limit circuit is opposite to that of the PMOS transistor 2. and the NMOS transistor 2 switch voltage is input, according to claim 1, characterized in that it comprises a Fukairo.
前記電圧リミット回路は、差動の入力端子と差動の出力端子と、を有し、
前記容量素子の一端に流入または流出する定電流源回路は、差動の入力端子と、一つの電流出力端子と、を有することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の発振回路。 The comparator circuit has one input terminal for detecting a voltage at one end of the capacitive element, and a differential output terminal,
The voltage limit circuit has a differential input terminal and a differential output terminal,
Constant current source circuit into or out to one end of said capacitive element has an input terminal of the differential, and one current output terminal, claim 2, characterized in that it comprises a to any one of claims 4 The oscillation circuit described.
前記容量素子の一端に流入または流出する定電流源回路は、差動の入力端子と、差動の出力端子と、を有し、
前記容量素子は、一端を前記電圧リミット回路の差動の出力端子とそれぞれ接続し、他端を、前記差動の出力端子と同極性となる前記コンパレータ回路の差動の入力端子とそれぞれ接続した、対となる2つの容量素子と、を有することを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の発振回路。 The comparator circuit has a differential input terminal and a differential output terminal, and the voltage limit circuit has a differential input terminal and a differential output terminal,
A constant current source circuit that flows into or out of one end of the capacitive element has a differential input terminal and a differential output terminal,
The capacitive element has one end connected to the differential output terminal of the voltage limit circuit, and the other end connected to the differential input terminal of the comparator circuit having the same polarity as the differential output terminal. the oscillator circuit as claimed in any one of the preceding claims 2, characterized in that it comprises two capacitive elements forming a pair, the.
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