JP6320048B2 - Oscillator circuit - Google Patents

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Description

本発明は、NMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのしきい値電圧の和に相当する電圧を定電圧として出力する定電圧回路を用いた発振回路に関するものである。   The present invention relates to an oscillation circuit using a constant voltage circuit that outputs a voltage corresponding to the sum of threshold voltages of an NMOS transistor and a PMOS transistor as a constant voltage.

従来、CMOS回路を低電力(Low Power)動作させようとした場合、貫通電流が流れない電源電圧領域で動作させるのが望ましい。例えば、貫通電流が流れ始める寸前の電圧である|Vtp|+Vtn(=ΣVth)が電源電圧として用いられる。このΣVthの基準電圧を生成する回路は、特許文献1に記載されている。図4及び図5は特許文献1に開示された基準電圧発生回路及び定電圧回路の概要である。Vtp、Vtnは、それぞれCMOS回路で用いられるPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのしきい値電圧(Vth)を表している。   Conventionally, when trying to operate a CMOS circuit at a low power, it is desirable to operate in a power supply voltage region where no through current flows. For example, | Vtp | + Vtn (= ΣVth), which is a voltage just before the through current starts to flow, is used as the power supply voltage. A circuit that generates the reference voltage of ΣVth is described in Patent Document 1. 4 and 5 are outlines of the reference voltage generating circuit and the constant voltage circuit disclosed in Patent Document 1. FIG. Vtp and Vtn represent threshold voltages (Vth) of the PMOS transistor and NMOS transistor used in the CMOS circuit, respectively.

図4に示す基準電圧発生回路は、一端がプラス側電源VDDに接続された定電流源101と、ソース電極が定電流源101に接続され、ドレイン電極とゲート電極が接続されたPMOSトランジスタ103と、ドレイン電極がPMOSトランジスタ103のドレイン電極に接続され、ゲート電極がドレイン電極に接続され、ソース電極が接地(GND)されたNMOSトランジスタ105を有し、両トランジスタは直列に接続されている。また、定電流源101とPMOSトランジスタ103との間には出力電圧Vregを出力するための出力ノード107が接続されている。   The reference voltage generating circuit shown in FIG. 4 includes a constant current source 101 having one end connected to the positive power supply VDD, a PMOS transistor 103 having a source electrode connected to the constant current source 101, and a drain electrode and a gate electrode connected to each other. The NMOS transistor 105 has a drain electrode connected to the drain electrode of the PMOS transistor 103, a gate electrode connected to the drain electrode, and a source electrode grounded (GND). Both transistors are connected in series. An output node 107 for outputting the output voltage Vreg is connected between the constant current source 101 and the PMOS transistor 103.

ここで、GND−VDD間に電源電圧を供給すると、PMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ105は共にゲート電極とドレイン電極を接続していることから、VDS=VGS(VDSはドレイン電極−ソース電極間電圧、VGSはゲート電極−ソース電極間電圧)である。例えば、定電流源101の設定電流値をPMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ105がしきい値電圧Vth付近で動作する様に設定すると、PMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ105のVDSはそれぞれほぼVtp、Vtnとなる。従って、Vregはほぼ|Vtp|+Vtn(=ΣVth)となり、VregはPMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ5のしきい値電圧の和ΣVthとほぼ等しくなる。また、定電流源101の電流値を任意に設定することにより、PMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ105のVDS、しいてはVregを調整する事も可能である。
また、図5に示す定電圧回路は、発振回路駆動用電源を生成するものであり、基準電圧発生回路100とインピーダンス変換部200とから構成され、基準電圧発生回路100で作られる所望の出力電圧(Vreg)をインピーダンス変換部200で低インピーダンスに変換して発振回路300に供給するものである。
特許文献2には入力電圧が発振用インバータの増幅域の変動に追従可能で、短時間で確実に発振可能な水晶発振回路が開示されている。この発振回路は、水晶振動子を駆動するためのインバータを水晶振動子と並列に接続し、動作点をインバータの増幅域にするための抵抗を水晶振動子と並列に接続し、定電流源をインバータに電源として直列に接続し、インバータの入力側にコンデンサを設け、インバータの出力側に他のコンデンサを設け、一端をインバータの入力側に、他端をインバータと定電流源の間に接続した別のコンデンサを設けている。発振用CMOSインバータの出力は、波形成形インバータや分周回路等の付随回路(論理回路)に入力する。
Here, when a power supply voltage is supplied between GND and VDD, both the PMOS transistor 103 and the NMOS transistor 105 connect the gate electrode and the drain electrode, so that VDS = VGS (VDS is the voltage between the drain electrode and the source electrode, VGS is a voltage between the gate electrode and the source electrode). For example, when the set current value of the constant current source 101 is set so that the PMOS transistor 103 and the NMOS transistor 105 operate near the threshold voltage Vth, the VDS of the PMOS transistor 103 and the NMOS transistor 105 are approximately Vtp and Vtn, respectively. . Therefore, Vreg is approximately | Vtp | + Vtn (= ΣVth), and Vreg is approximately equal to the sum ΣVth of the threshold voltages of the PMOS transistor 103 and the NMOS transistor 5. Further, by arbitrarily setting the current value of the constant current source 101, it is also possible to adjust the VDS and therefore Vreg of the PMOS transistor 103 and the NMOS transistor 105.
The constant voltage circuit shown in FIG. 5 generates a power supply for driving the oscillation circuit. The constant voltage circuit includes a reference voltage generation circuit 100 and an impedance conversion unit 200, and a desired output voltage generated by the reference voltage generation circuit 100. (Vreg) is converted to a low impedance by the impedance conversion unit 200 and supplied to the oscillation circuit 300.
Patent Document 2 discloses a crystal oscillation circuit in which an input voltage can follow fluctuations in an amplification region of an oscillation inverter and can oscillate reliably in a short time. In this oscillation circuit, an inverter for driving the crystal unit is connected in parallel with the crystal unit, a resistor for setting the operating point to the amplification region of the inverter is connected in parallel with the crystal unit, and a constant current source is connected. Connected in series to the inverter as a power supply, provided a capacitor on the input side of the inverter, provided another capacitor on the output side of the inverter, connected one end to the input side of the inverter and the other end between the inverter and the constant current source Another capacitor is provided. The output of the oscillation CMOS inverter is input to an accompanying circuit (logic circuit) such as a waveform shaping inverter or a frequency dividing circuit.

特開平8−305453号公報JP-A-8-305453 特開平6−177646号公報JP-A-6-177646

前述の特許文献1を説明する図5に記載されたようにPMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値とNMOSトランジスタのしきい値電圧の和|Vtp|+Vtn(=ΣVth)の電圧を発生させ、その電圧を利用して発振用のCMOSインバータ及び後段の論理回路を動作させれば、低消費電力化を行うことは可能である。しかし、この場合、論理回路は貫通電流の影響を受けず、低消費電力化が可能だが、この電圧を直接発振用のCMOSインバータに供給すると、しきい値電圧Vthの温度特性により電圧(基準電圧ΣVth)変化して、特に低温になった時に発振振幅が高くなり消費電力が極度に増加してしまうという問題があった。   As described in FIG. 5 for explaining the aforementioned Patent Document 1, a voltage of the sum of the absolute value of the threshold voltage of the PMOS transistor and the threshold voltage of the NMOS transistor | Vtp | + Vtn (= ΣVth) is generated, If the CMOS inverter for oscillation and the logic circuit in the subsequent stage are operated using the voltage, it is possible to reduce power consumption. However, in this case, the logic circuit is not affected by the through current and can reduce the power consumption. However, when this voltage is directly supplied to the CMOS inverter for oscillation, the voltage (reference voltage) depends on the temperature characteristic of the threshold voltage Vth. There is a problem that the oscillation amplitude is increased and the power consumption is extremely increased particularly when the temperature is lowered, especially when the temperature is low.

従って、論理回路及び発振用CMOSインバータの低消費電力化を両立させ、特許文献1に記載された定電圧回路を用いる場合には、別途、定電流発生回路を設けて、発振用CMOSインバータの電流を制御する必要があった。
また、特許文献1に記載された定電圧回路は、電源電圧の変動による基準電圧出力への影響も課題として有しており、そのまま低消費電力化のための基準電圧(ΣVth)発生回路、即ち、定電圧発生回路として用いるには問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、電源電圧の変動及びトランジスタの温度特性による影響が抑制され、発振用CMOSインバータ及び後段の論理回路の低消費電力化を両立させた発振回路を提供する。
Accordingly, when both the logic circuit and the oscillation CMOS inverter are reduced in power consumption and the constant voltage circuit described in Patent Document 1 is used, a constant current generation circuit is separately provided, and the current of the oscillation CMOS inverter is There was a need to control.
In addition, the constant voltage circuit described in Patent Document 1 has a problem of influence on the reference voltage output due to fluctuations in the power supply voltage, and as it is, a reference voltage (ΣVth) generation circuit for reducing power consumption, that is, However, there is a problem in using it as a constant voltage generating circuit.
The present invention has been made under such circumstances, and is an oscillation circuit that suppresses the influence of fluctuations in power supply voltage and the temperature characteristics of the transistor, and achieves both low power consumption of the oscillation CMOS inverter and the subsequent logic circuit. I will provide a.

本発明の一態様は、電流路に設けられた定電流源によって電流が制御され入出力間に振動子が接続されるインバータ回路を含む発振部と、非反転入力端子に基準電圧が入力され、その出力を反転入力端子へ他の素子を介さずに直接帰還させたボルテージフォロア構成を有し、所定の定電圧を出力するオペアンプと、前記オペアンプの出力する電圧を電源として用いて前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路とを有し、前記基準電圧発生回路は、N型又はP型のうちいずれか一方の型のMOSトランジスタである基準電圧トランジスタをその電流路に含み、前記基準電圧トランジスタのしきい値電圧に相当する電圧を前記基準電圧として生成し、前記オペアンプは、前記基準電圧トランジスタに流れる電流をカレントミラー効果により前記定電流源に生じさせるようにした前記定電流源への電流ミラー接続部を有し、N型又はP型のうち前記基準電圧トランジスタの型とは異なる型のMOSトランジスタであるオフセットトランジスタを反転入力側の電流路に含み、N型又はP型のうち前記基準電圧トランジスタの型と一致する型のMOSトランジスタであるカレントミラートランジスタを前記電流ミラー接続部に含み、前記オフセットトランジスタのしきい値電圧に相当するオフセット電圧を持つことにより、前記基準電圧トランジスタのしきい値電圧と前記オフセットトランジスタのしきい値電圧の和に相当する電圧を前記定電圧として出力し、前記定電圧を前記発振部の電源として用いたことを特徴とする発振回路である。 In one embodiment of the present invention, an oscillation unit including an inverter circuit in which a current is controlled by a constant current source provided in a current path and a vibrator is connected between input and output, and a reference voltage is input to a non- inverting input terminal, It has a voltage follower configuration in which its output is directly fed back to the inverting input terminal without passing through other elements, and an operational amplifier that outputs a predetermined constant voltage, and the reference voltage is obtained using the voltage output from the operational amplifier as a power source. and a reference voltage generating circuit to be generated, the reference voltage generating circuit includes a reference voltage transistor which is one type of MOS transistors either of the N-type or P-type to the current path, of the reference voltage transistor A voltage corresponding to a threshold voltage is generated as the reference voltage, and the operational amplifier is configured to change the current flowing through the reference voltage transistor by the current mirror effect. A current mirror connection portion to the constant current source that is generated in the current source, and an offset transistor that is a MOS transistor of a type different from the type of the reference voltage transistor of N type or P type is connected to the inverting input side A current mirror transistor which is a MOS transistor of the N-type or P-type that matches the type of the reference voltage transistor, and which corresponds to the threshold voltage of the offset transistor. Output the voltage corresponding to the sum of the threshold voltage of the reference voltage transistor and the threshold voltage of the offset transistor as the constant voltage, and the constant voltage as the power supply of the oscillation unit. The oscillation circuit is characterized by being used.

また、本発明の一態様は、上述の発振回路において、前記基準電圧発生回路は、一端が前記反転入力端子に他端が前記非反転入力端子にそれぞれ接続された抵抗素子をその電流路にさらに含み、前記基準電圧トランジスタは、ドレイン端子が前記抵抗素子と接続され、ソース端子が接地電位に接続され、ゲート端子とドレイン端子とが互いに接続されたダイオード接続を有し、前記抵抗素子を介して前記基準電圧トランジスタを流れる電流によって前記基準電圧トランジスタのドレイン端子とソース端子との間に生じる電圧を、前記基準電圧として生成する。
In addition, according to one embodiment of the present invention, in the above-described oscillation circuit, the reference voltage generation circuit further includes a resistance element having one end connected to the inverting input terminal and the other end connected to the non-inverting input terminal. The reference voltage transistor has a diode connection in which a drain terminal is connected to the resistance element, a source terminal is connected to a ground potential, and a gate terminal and a drain terminal are connected to each other, A voltage generated between a drain terminal and a source terminal of the reference voltage transistor due to a current flowing through the reference voltage transistor is generated as the reference voltage.

このような構成により、発振部は供給した電流がそのまま消費電流となり、また、後段の論理回路は貫通電流の影響のない低消費電流化が可能である。さらに、基準電圧発生回路とオペアンプとで構成される半導体定電圧源回路は、基準電圧発生回路で発生する出力を用いて自己の電源電圧とするセルフバイアス構成を用いながら低電圧から動作が可能で、高安定な定電圧を出力することができる。 With such a configuration, the oscillating unit supplies the current supplied as it is, and the logic circuit in the subsequent stage can reduce the current consumption without being influenced by the through current. Furthermore, a semiconductor constant voltage source circuit composed of a reference voltage generation circuit and an operational amplifier can operate from a low voltage while using a self-bias configuration in which the output generated by the reference voltage generation circuit is used as its own power supply voltage. Highly stable constant voltage can be output.

実施例1に係る発振回路のブロック図。1 is a block diagram of an oscillation circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る発振回路の詳細を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating details of the oscillation circuit according to the first embodiment. 図1に係る起動回路の詳細を示す回路図。The circuit diagram which shows the detail of the starting circuit which concerns on FIG. 従来の基準電圧発生回路の回路図。The circuit diagram of the conventional reference voltage generation circuit. 従来の定電圧回路の回路図。The circuit diagram of the conventional constant voltage circuit.

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。     Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.

図1乃至図3を参照して実施例1の発振回路を説明する。
この実施例では発振回路が作り込まれたICチップに水晶振動子を外付けして水晶発振器を構成するものである。
図1に示すように、発振回路は、基準電圧発生回路10と、その後段のオペアンプ20と、前記オペアンプ後段の発振部30と、発振部30の電流を制御する定電流源40と、前記発振部後段のCMOS型の論理回路40とを備えている。この論理回路には、インバータや分周回路などが用いられる。発振回路の信号は、論理回路50を経て外部に出力される。
基準電圧発生回路10とオペアンプ20とは半導体定電圧源回路を構成し、定電圧を出力する。すなわち、半導体定電圧源回路1は、非反転入力端子(+)にVtnに相当する基準電圧が入力され、その出力を反転入力端子(−)へ帰還させた構成を有し所定の定電圧(Vtn+|Vtp|)を出力するオペアンプ20と、前記オペアンプ20の出力する電圧(Vtn+|Vtp|)を電源として用いて前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路10とを有する。
The oscillation circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a crystal oscillator is configured by externally attaching a crystal resonator to an IC chip in which an oscillation circuit is built.
As shown in FIG. 1, the oscillation circuit includes a reference voltage generation circuit 10, an operational amplifier 20 in the subsequent stage, an oscillation unit 30 in the subsequent stage of the operational amplifier, a constant current source 40 that controls the current in the oscillation unit 30, and the oscillation circuit. And a CMOS logic circuit 40 at the rear stage. For this logic circuit, an inverter, a frequency divider, or the like is used. The signal of the oscillation circuit is output to the outside through the logic circuit 50.
The reference voltage generation circuit 10 and the operational amplifier 20 constitute a semiconductor constant voltage source circuit and output a constant voltage. That is, the semiconductor constant voltage source circuit 1 has a configuration in which a reference voltage corresponding to Vtn is input to a non-inverting input terminal (+), and its output is fed back to the inverting input terminal (−). The operational amplifier 20 outputs Vtn + | Vtp |), and the reference voltage generation circuit 10 generates the reference voltage using the voltage (Vtn + | Vtp |) output from the operational amplifier 20 as a power source.

基準電圧発生回路10は、後に詳述するように、NMOSトランジスタをその電流路に含み、このNMOSトランジスタのしきい値電圧に相当する電圧(Vtn)を前記基準電圧として生成し、オペアンプ20は、反転入力側(−)の電流路にオフセット用PMOSトランジスタを含んでおり、このオフセット用PMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値に相当するオフセット電圧を持つことにより、NMOSトランジスタのしきい値電圧(Vtn)とオフセット用PMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値(|Vtp|)の和に相当する電圧を定電圧(Vtn+|Vtp|)として出力する。
図2に示すように、基準電圧発生回路10は、抵抗R1とNMOSトランジスタN1とから構成されている。抵抗R1の一端は、起動回路60の出力端に接続され、他端は、NMOSトランジスタN1のドレインに接続されている。NMOSトランジスタN1は、ソースが接地(GND)電位に接続され、ゲート・ドレインが結線(ダイオード接続)されている。基準電圧発生回路10では、このNMOSトランジスタN1のしきい値電圧に相当する電圧(Vtn)が基準電圧として生成される。この基準電圧(Vtn)は、オペアンプ20に非反転入力端子IN(+)から入力される。
As will be described later in detail, the reference voltage generation circuit 10 includes an NMOS transistor in its current path, generates a voltage (Vtn) corresponding to the threshold voltage of the NMOS transistor as the reference voltage, and the operational amplifier 20 An offset PMOS transistor is included in the current path on the inverting input side (−). By having an offset voltage corresponding to the absolute value of the threshold voltage of the offset PMOS transistor, the threshold voltage of the NMOS transistor ( A voltage corresponding to the sum of the absolute value (| Vtp |) of the threshold voltage of the offset PMOS transistor and the offset PMOS transistor is output as a constant voltage (Vtn + | Vtp |).
As shown in FIG. 2, the reference voltage generation circuit 10 includes a resistor R1 and an NMOS transistor N1. One end of the resistor R1 is connected to the output end of the activation circuit 60, and the other end is connected to the drain of the NMOS transistor N1. The source of the NMOS transistor N1 is connected to the ground (GND) potential, and the gate and the drain are connected (diode connection). In the reference voltage generation circuit 10, a voltage (Vtn) corresponding to the threshold voltage of the NMOS transistor N1 is generated as a reference voltage. This reference voltage (Vtn) is input to the operational amplifier 20 from the non-inverting input terminal IN (+).

前記基準電圧発生回路で生成された基準電圧(Vtn)が入力するオペアンプ20は、PMOSトランジスタP2、P3、P4、NMOSトランジスタN2、N3、N4、抵抗R2及び容量Cを具備し、さらに、オフセット用PMOSトランジスタP1及び、PMOSトランジスタP6とNMOSトランジスタN9とから構成される、電流ミラー接続部21を備えている。
オペアンプ20のPMOSトランジスタP2−P4は、ソースが電源電圧Vddに接続されており、NMOSトランジスタN2のソースが接地(GND)されている。PMOSトランジスタP2は、ゲート・ドレインが結線され、ドレインはNMOSトランジスタN3のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP3は、ゲートがPMOSトランジスタP2のゲートに接続され、ドレインがNMOSトランジスタN4のドレインに接続されている。
The operational amplifier 20 to which the reference voltage (Vtn) generated by the reference voltage generation circuit is input includes PMOS transistors P2, P3, and P4, NMOS transistors N2, N3, and N4, a resistor R2, and a capacitor C, and further for offset. A current mirror connection unit 21 including a PMOS transistor P1, a PMOS transistor P6, and an NMOS transistor N9 is provided.
The sources of the PMOS transistors P2-P4 of the operational amplifier 20 are connected to the power supply voltage Vdd, and the source of the NMOS transistor N2 is grounded (GND). The gate and drain of the PMOS transistor P2 are connected, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor N3. The PMOS transistor P3 has a gate connected to the gate of the PMOS transistor P2, and a drain connected to the drain of the NMOS transistor N4.

オペアンプ20は、ボルテージフォロア構成であり、非反転入力端子IN(+)は、NMOSトランジスタN4のゲートに接続され、反転入力端子IN(−)は、NMOSトランジスタN3のゲートに接続されている。NMOSトランジスタN4のソースは、NMOSトランジスタN2のドレインに接続されている。NMOSトランジスタN2のソースは接地(GND)され、ゲートはNMOSトランジスタN9のゲートとNMOSトランジスタN1のゲート・ドレインとの間を結ぶ信号線に接続されている。
反転入力端子IN(−)は、出力端子OUTと基準電圧発生回路10を構成する抵抗R1の一端との間を結ぶ信号線に接続され、非反転入力端子IN(−)は、前記抵抗R1の他端に接続されている。
The operational amplifier 20 has a voltage follower configuration, the non-inverting input terminal IN (+) is connected to the gate of the NMOS transistor N4, and the inverting input terminal IN (−) is connected to the gate of the NMOS transistor N3. The source of the NMOS transistor N4 is connected to the drain of the NMOS transistor N2. The source of the NMOS transistor N2 is grounded (GND), and the gate is connected to a signal line connecting the gate of the NMOS transistor N9 and the gate / drain of the NMOS transistor N1.
The inverting input terminal IN (−) is connected to a signal line connecting the output terminal OUT and one end of the resistor R1 constituting the reference voltage generating circuit 10, and the non-inverting input terminal IN (−) is connected to the resistor R1. Connected to the other end.

PMOSトランジスタP4は、ドレインが出力端子OUTと抵抗R1の一端との間を結ぶ信号線に接続され、ゲートがPMOSトランジスタP3のドレインとNMOSトランジスタN4のドレインの中点に接続され、この中点とPMOSトランジスタP4のドレインとの間に抵抗R2及びこれと直列接続された容量Cが接続されている。
オペアンプ20に設けられた電流ミラー接続部21は、この実施例の特徴の1つであり、NMOSトランジスタN1、NMOSトランジスタN9、PMOSトランジスタP6及びPMOSトランジスタP7から構成されたカレントミラー回路を含み、NMOSトランジスタN1に流れる基準電流をカレントミラー効果により、後段の定電流源40に供給する。NMOSトランジスタN9は、ゲートがNMOSトランジスタN1のゲート・ドレインに接続され、ソースが接地され、ドレインがPMOSトランジスタP6のゲート・ドレインに接続される。このとき、NMOSトランジスタN2のゲートは、NMOSトランジスタN9のゲート及びNMOSトランジスタN1のゲート・ドレインに接続される。PMOSトランジスタP6のゲート・ドレインは、定電流源40を構成するPMOSトランジスタP7のゲートに接続され、ソースは、出力端子OUTと抵抗R1の一端との間を結ぶ信号線に接続されている。
The PMOS transistor P4 has a drain connected to the signal line connecting the output terminal OUT and one end of the resistor R1, and a gate connected to the midpoint of the drain of the PMOS transistor P3 and the drain of the NMOS transistor N4. A resistor R2 and a capacitor C connected in series are connected between the drain of the PMOS transistor P4.
The current mirror connection portion 21 provided in the operational amplifier 20 is one of the features of this embodiment, and includes a current mirror circuit including an NMOS transistor N1, an NMOS transistor N9, a PMOS transistor P6, and a PMOS transistor P7, and an NMOS. The reference current flowing through the transistor N1 is supplied to the subsequent constant current source 40 by the current mirror effect. The NMOS transistor N9 has a gate connected to the gate / drain of the NMOS transistor N1, a source grounded, and a drain connected to the gate / drain of the PMOS transistor P6. At this time, the gate of the NMOS transistor N2 is connected to the gate of the NMOS transistor N9 and the gate / drain of the NMOS transistor N1. The gate and drain of the PMOS transistor P6 are connected to the gate of the PMOS transistor P7 constituting the constant current source 40, and the source is connected to a signal line connecting the output terminal OUT and one end of the resistor R1.

半導体定電圧源回路のようなセルフバイアス構成の回路では回路に電流が流れない状態でも安定である。電流が流れない状態では回路はオフの状態であり、この状態で静止するのを防ぐため起動回路により起動する。図1に示す起動回路60において、電流源で生成された電流は、NMOSトランジスタN6、N7で構成するカレントミラー回路を介して基準電圧発生回路10の抵抗R1に送られ、これを起動する。
起動回路60は、PMOSトランジスタP5、NMOSトランジスタN6、N7、N8及び抵抗R3から構成されている。NMOSトランジスタN6は、ゲート・ドレインが結線され、ドレインが抵抗R3を介して電源電圧Vddに接続されている。NMOSトランジスタN7は、ドレインが電源電圧Vddに接続され、ゲートがNMOSトランジスタN6のゲートに接続され、ソースが基準電圧発生回路10に接続されている。また、PMOSトランジスタP5は、ゲート・ドレインが結線され、ソースがNMOSトランジスタN6のソースに接続されている。NMOSトランジスタN8は、ゲート・ドレインが結線され、ソースが接地されている。
A self-biased circuit such as a semiconductor constant voltage source circuit is stable even when no current flows in the circuit. In a state where no current flows, the circuit is in an off state. In this state, the circuit is activated by the activation circuit in order to prevent it from resting. In the starting circuit 60 shown in FIG. 1, the current generated by the current source is sent to the resistor R1 of the reference voltage generating circuit 10 through a current mirror circuit composed of NMOS transistors N6 and N7 to start it.
The starting circuit 60 is composed of a PMOS transistor P5, NMOS transistors N6, N7, N8 and a resistor R3. The NMOS transistor N6 has a gate and drain connected, and a drain connected to the power supply voltage Vdd via the resistor R3. The NMOS transistor N7 has a drain connected to the power supply voltage Vdd, a gate connected to the gate of the NMOS transistor N6, and a source connected to the reference voltage generation circuit 10. The PMOS transistor P5 has a gate / drain connected and a source connected to the source of the NMOS transistor N6. The NMOS transistor N8 has a gate / drain connected and a source grounded.

このように、基準電圧発生回路10に流れる電流を電流ミラー接続部21のカレントミラー回路を介して定電流源40に供給することができる。
基準電圧発生回路10から供給される電流を受けて、定電流源40は、発振部30のCMOSインバータを駆動し、当該CMOSインバータは、これに並列に外付けされた水晶振動子(図示は略す)を駆動する。さらに、半導体定電圧源回路1で生成された定電圧は、他のCMOSインバータや分周回路などの論理回路50の電源として用いられる。
この実施例では、オフセット用PMOSトランジスタP1をオペアンプ20に組み込む事が他の特徴がある。PMOSトランジスタP1は、ソースがNMOSトランジスタN3のソースに接続され、ゲート・ドレインが結線され、ゲート及びドレインがNMOSトランジスタN2のドレイン及びNMOSトランジスタN4のソースに接続されている。
In this way, the current flowing through the reference voltage generation circuit 10 can be supplied to the constant current source 40 via the current mirror circuit of the current mirror connection unit 21.
In response to the current supplied from the reference voltage generation circuit 10, the constant current source 40 drives a CMOS inverter of the oscillation unit 30, and the CMOS inverter is connected to a crystal resonator (not shown) in parallel with the CMOS inverter. Drive). Furthermore, the constant voltage generated by the semiconductor constant voltage source circuit 1 is used as a power source for a logic circuit 50 such as another CMOS inverter or a frequency divider circuit.
This embodiment has another feature in that the offset PMOS transistor P1 is incorporated in the operational amplifier 20. The PMOS transistor P1 has a source connected to the source of the NMOS transistor N3, a gate and a drain connected, and a gate and a drain connected to the drain of the NMOS transistor N2 and the source of the NMOS transistor N4.

以上のように、前記オペアンプは、反転入力側(−)の電流路にオフセット用PMOSトランジスタP1を設けている。したがって、半導体定電圧源回路は、基準電圧発生回路10のNMOSトランジスタN1のしきい値電圧Vtnとオフセット用PMOSトランジスタP1のしきい値電圧Vtpの絶対値の和に相当する電圧を定電圧として出力する。生成される定電圧は、低電圧から動作が可能で、安定な電圧を得ることができる。
また、発振部を駆動するにあたり、発振部は供給した電流がそのまま消費電流となり、また、後段の論理回路は貫通電流の影響のない低消費電流化が可能である。
As described above, the operational amplifier includes the offset PMOS transistor P1 in the current path on the inverting input side (−). Therefore, the semiconductor constant voltage source circuit outputs, as a constant voltage, a voltage corresponding to the sum of absolute values of the threshold voltage Vtn of the NMOS transistor N1 of the reference voltage generation circuit 10 and the threshold voltage Vtp of the offset PMOS transistor P1. To do. The generated constant voltage can be operated from a low voltage, and a stable voltage can be obtained.
Further, when driving the oscillating unit, the current supplied to the oscillating unit becomes the current consumption as it is, and the logic circuit in the subsequent stage can reduce the current consumption without the influence of the through current.

次に、実施例2を説明する。この実施例では実施例1において使用したPMOSトランジスタをNMOSトランジスタに変え、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに変えて構成されている。その構成は、段落0008に示した通りである。
このような半導体定電圧源回路においても実施例1と同様に、オペアンプは、反転入力側(−)の電流路にオフセット用NMOSトランジスタを設けている。したがって、基準電圧発生回路のPMOSトランジスタのしきい値電圧Vtpとオフセット用NMOSトランジスタのしきい値電圧Vtnの和に相当する電圧を定電圧として出力する。生成される定電圧は、低電圧から動作が可能であり、安定な電圧を得ることができる。
また、発振部を駆動するにあたり、発振部は供給した電流がそのまま消費電流となり、また、後段の論理回路は貫通電流の影響のない低消費電流化が可能である。
Next, Example 2 will be described. In this embodiment, the PMOS transistor used in the first embodiment is changed to an NMOS transistor, and the NMOS transistor is changed to a PMOS transistor. Its configuration is as shown in paragraph 0008.
In such a semiconductor constant voltage source circuit, as in the first embodiment, the operational amplifier is provided with an offset NMOS transistor in the current path on the inverting input side (−). Therefore, a voltage corresponding to the sum of the threshold voltage Vtp of the PMOS transistor of the reference voltage generation circuit and the threshold voltage Vtn of the NMOS transistor for offset is output as a constant voltage. The generated constant voltage can be operated from a low voltage, and a stable voltage can be obtained.
Further, when driving the oscillating unit, the current supplied to the oscillating unit becomes the current consumption as it is, and the logic circuit in the subsequent stage can reduce the current consumption without the influence of the through current.

1・・・半導体定電圧源回路
10・・・基準電圧発生回路
20・・・オペアンプ
21・・・電流ミラー接続部
30・・・発振部
40・・・定電流源
50・・・論理回路
60・・・起動回路




DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor constant voltage source circuit 10 ... Reference voltage generation circuit 20 ... Operational amplifier 21 ... Current mirror connection part 30 ... Oscillation part 40 ... Constant current source 50 ... Logic circuit 60 ... Starting circuit




Claims (2)

電流路に設けられた定電流源によって電流が制御され入出力間に振動子が接続されるインバータ回路を含む発振部と
反転入力端子に基準電圧が入力され、その出力を反転入力端子へ他の素子を介さずに直接帰還させたボルテージフォロア構成を有し、所定の定電圧を出力するオペアンプと、
前記オペアンプの出力する電圧を電源として用いて前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路とを有し、
前記基準電圧発生回路は、N型又はP型のうちいずれか一方の型のMOSトランジスタである基準電圧トランジスタをその電流路に含み、前記基準電圧トランジスタのしきい値電圧に相当する電圧を前記基準電圧として生成し、
前記オペアンプは、前記基準電圧トランジスタに流れる電流をカレントミラー効果により前記定電流源に生じさせるようにした前記定電流源への電流ミラー接続部を有し、N型又はP型のうち前記基準電圧トランジスタの型とは異なる型のMOSトランジスタであるオフセットトランジスタを反転入力側の電流路に含み、N型又はP型のうち前記基準電圧トランジスタの型と一致する型のMOSトランジスタであるカレントミラートランジスタを前記電流ミラー接続部に含み、前記オフセットトランジスタのしきい値電圧に相当するオフセット電圧を持つことにより、前記基準電圧トランジスタのしきい値電圧と前記オフセットトランジスタのしきい値電圧の和に相当する電圧を前記定電圧として出力し、前記定電圧を前記発振部の電源として用いたことを特徴とする発振回路。
An oscillation unit including an inverter circuit in which a current is controlled by a constant current source provided in a current path and a vibrator is connected between input and output ;
An operational amplifier that has a voltage follower configuration in which a reference voltage is input to the non- inverting input terminal and the output is directly fed back to the inverting input terminal without passing through other elements, and outputs a predetermined constant voltage;
A reference voltage generation circuit that generates the reference voltage using a voltage output from the operational amplifier as a power source;
The reference voltage generation circuit includes a reference voltage transistor, which is one of N-type and P-type MOS transistors, in its current path, and a voltage corresponding to a threshold voltage of the reference voltage transistor is the reference voltage Generate as voltage ,
The operational amplifier has a current mirror connection part to the constant current source that causes the current flowing through the reference voltage transistor to be generated in the constant current source by a current mirror effect, and the reference voltage of N type or P type An offset transistor which is a MOS transistor of a type different from the transistor type is included in the current path on the inverting input side, and a current mirror transistor which is a MOS transistor of the N type or P type which matches the type of the reference voltage transistor A voltage corresponding to the sum of the threshold voltage of the reference voltage transistor and the threshold voltage of the offset transistor by having an offset voltage corresponding to the threshold voltage of the offset transistor included in the current mirror connection portion Is output as the constant voltage, and the constant voltage is used as the power source of the oscillation unit. An oscillation circuit characterized by being used.
前記基準電圧発生回路は、一端が前記反転入力端子に他端が前記非反転入力端子にそれぞれ接続された抵抗素子をその電流路にさらに含み、  The reference voltage generation circuit further includes a resistance element having one end connected to the inverting input terminal and the other end connected to the non-inverting input terminal in its current path,
前記基準電圧トランジスタは、ドレイン端子が前記抵抗素子と接続され、ソース端子が接地電位に接続され、ゲート端子とドレイン端子とが互いに接続されたダイオード接続を有し、  The reference voltage transistor has a diode connection in which a drain terminal is connected to the resistance element, a source terminal is connected to a ground potential, and a gate terminal and a drain terminal are connected to each other,
前記抵抗素子を介して前記基準電圧トランジスタを流れる電流によって前記基準電圧トランジスタのドレイン端子とソース端子との間に生じる電圧を、前記基準電圧として生成する  A voltage generated between a drain terminal and a source terminal of the reference voltage transistor due to a current flowing through the reference voltage transistor through the resistance element is generated as the reference voltage.
請求項1に記載の発振回路。  The oscillation circuit according to claim 1.
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