JP6378857B2 - Oscillator circuit - Google Patents

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Description

本発明は発振回路に関し、特に外部供給電源から印加される電圧を降圧して発振器を駆動させる場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to an oscillation circuit, and is particularly useful when applied to a case where an oscillator is driven by stepping down a voltage applied from an external power supply.

図10は、従来技術に係る一般的な水晶発振器用ICを用いた発振回路を示すブロック図である。同図に示すように、発振回路100は、ICチップ1(図中の点線部分)内に集積されたレギュレータ2、発振器3、分周回路4、レベルシフタ5および出力回路6を有している。レギュレータ2は電源7の電源電圧VDDを所定の内部定電圧VREGに降圧する。発振器3は内部定電圧VREGで駆動され、外付けの水晶振動子8を振動させることにより所定周波数の出力信号を分周回路4に送出する。分周回路4は内部定電圧VREGで駆動され、発振器3の出力信号の周波数を適宜分周してレベルシフタ5に送出する。レベルシフタ5は発振器3の出力信号の電圧を適宜増幅して出力する。出力回路6は、レベルシフタ5の出力信号を出力端子9に送出する際のバッファ回路として機能する。ここで、レベルシフタ5および出力回路6には電源電圧VDDが印加されている。   FIG. 10 is a block diagram showing an oscillation circuit using a general crystal oscillator IC according to the prior art. As shown in the figure, the oscillation circuit 100 includes a regulator 2, an oscillator 3, a frequency divider 4, a level shifter 5, and an output circuit 6 integrated in an IC chip 1 (dotted line portion in the figure). The regulator 2 steps down the power supply voltage VDD of the power supply 7 to a predetermined internal constant voltage VREG. The oscillator 3 is driven by the internal constant voltage VREG, and sends an output signal having a predetermined frequency to the frequency divider circuit 4 by vibrating the external crystal resonator 8. The frequency divider 4 is driven by the internal constant voltage VREG, and appropriately divides the frequency of the output signal of the oscillator 3 and sends it to the level shifter 5. The level shifter 5 appropriately amplifies the voltage of the output signal of the oscillator 3 and outputs it. The output circuit 6 functions as a buffer circuit when the output signal of the level shifter 5 is sent to the output terminal 9. Here, the power supply voltage VDD is applied to the level shifter 5 and the output circuit 6.

かかるICチップ1では、発振周波数の安定化や、発振回路100全体の消費電力の低減のため、ICチップ1にレギュレータ2を内蔵して、外部から供給される電源電圧VDDよりも低い内部定電圧VREGを生成し、この内部定電圧VREGを発振器3および分周回路4の駆動電圧としている。   In such an IC chip 1, in order to stabilize the oscillation frequency and reduce the power consumption of the entire oscillation circuit 100, the IC chip 1 has a built-in regulator 2 and an internal constant voltage lower than the power supply voltage VDD supplied from the outside. VREG is generated, and this internal constant voltage VREG is used as a driving voltage for the oscillator 3 and the frequency dividing circuit 4.

ICチップ1内に内蔵されるレギュレータ2としては、従来からリニアレギュレータが汎用されている。図11は一般的なリニアレギュレータの構成を示すブロック図である。同図に示すように、レギュレータ2では、出力電圧となる内部定電圧VREGが基準電圧源01の出力電圧である基準電圧VREFと一致するようにオペアンプ02を用いて、MOSトランジスタTRのオン抵抗を制御している。基準電圧源01は、CMOS回路ではバンドギャップリファレンスを利用して好適に構成し得る。   Conventionally, a linear regulator has been widely used as the regulator 2 built in the IC chip 1. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a general linear regulator. As shown in the figure, the regulator 2 uses the operational amplifier 02 so that the internal constant voltage VREG, which is the output voltage, matches the reference voltage VREF, which is the output voltage of the reference voltage source 01, and the on-resistance of the MOS transistor TR is reduced. I have control. The reference voltage source 01 can be preferably configured using a bandgap reference in a CMOS circuit.

図11に示すレギュレータ2におけるMOSトランジスタTRは、可変抵抗素子と等価であり、抵抗による電力の損失が必ず発生する。例えば、内部定電圧VREGで駆動される発振器3と分周回路4の消費電流をI_opとすると、図11のMOSトランジスタTRで消費される電力損失は、P_loss=I_op×(VDD-VREG)、と表せる。   The MOS transistor TR in the regulator 2 shown in FIG. 11 is equivalent to a variable resistance element, and power loss due to resistance always occurs. For example, if the current consumed by the oscillator 3 and the frequency divider 4 driven by the internal constant voltage VREG is I_op, the power loss consumed by the MOS transistor TR in FIG. 11 is P_loss = I_op × (VDD−VREG) I can express.

これに具体的な数値を当てはめてレギュレータ2における電力損失を考察する。ここで、[I_op=20μA, VDD=1.8V, VREG=0.8V]とすると、P_loss=20μA×(1.8V-0.8V)=20μW、となる。これに対し、発振器3および分周回路4の本来の消費電力は、P_op=I_op×VREG=20μA×0.8V=16μW、となる。   A specific numerical value is applied to this and the power loss in the regulator 2 is considered. Here, if [I_op = 20 μA, VDD = 1.8 V, VREG = 0.8 V], P_loss = 20 μA × (1.8 V−0.8 V) = 20 μW. On the other hand, the original power consumption of the oscillator 3 and the frequency dividing circuit 4 is P_op = I_op × VREG = 20 μA × 0.8 V = 16 μW.

この数値例のような、低消費電流型の発振回路100では、電源電圧VDDが内部定電圧VREGよりも比較的高い領域では、本来動作に必要な電力P_opよりも、レギュレータ2で消費される電力P_lossの方が大きくなってしまう。   In the low current consumption type oscillation circuit 100 as in this numerical example, in the region where the power supply voltage VDD is relatively higher than the internal constant voltage VREG, the power consumed by the regulator 2 is higher than the power P_op necessary for the original operation. P_loss is bigger.

なお、消費電流の抑制を目的とした発振回路(クロック信号生成回路)を開示する従来技術としては特許文献1が存在する。   Patent Document 1 is known as a prior art that discloses an oscillation circuit (clock signal generation circuit) for the purpose of suppressing current consumption.

特開2015−104035号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-104035

本発明は、上記従来技術に鑑み、電源電圧を発振器の駆動電圧である内部定電圧に降圧する際の消費電力を低減し得る発振回路を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an oscillation circuit capable of reducing power consumption when a power supply voltage is stepped down to an internal constant voltage that is a driving voltage of an oscillator.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、
電源から印加される電源電圧を降圧して発振器を駆動させる発振回路であって、
スイッチング素子のオン・オフ制御により前記電源電圧を所定の内部定電圧に降圧するスイッチング型降圧手段と、
前記内部定電圧の印加により駆動される発振器とを有するとともに、
前記スイッチング型降圧手段は、前記発振器の出力信号を利用した所定周波数のクロック信号で前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成し、
前記スイッチング型降圧手段は、複数個のコンデンサと複数個のスイッチ手段のオン・オフ状態の組み合わせとで前記各コンデンサが直列に接続される充電モードと、前記各コンデンサが並列に接続される放電モードとを形成する一方、前記充電モードでは直列に接続された前記コンデンサの両端に前記電源電圧が印加されて前記コンデンサが充電され、前記放電モードでは前記電源を切離した状態で前記各コンデンサに充電された充電電圧が出力されるとともに、
前記スイッチ手段のオン・オフ制御を、前記クロック信号により行うようにした容量分圧型降圧回路を有し、
さらに前記スイッチング型降圧手段が、前記容量分圧型降圧回路とともに、当該容量分圧型降圧回路の出力電圧を調整する第1のレギュレータを有するとともに、
前記第1のレギュレータが、前記容量分圧型降圧回路の出力側と当該スイッチング型降圧手段の出力端子との間に接続された第1のトランジスタを有しており、
第1の基準電圧源に設定した前記所定の内部定電圧を表す第1の基準電圧と、前記出力端子の電圧とに基づき前記出力端子の電圧が前記所定の内部定電圧になるように前記第1のトランジスタを制御するように構成したことを特徴とする発振回路にある。
The first aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
An oscillation circuit for driving an oscillator by stepping down a power supply voltage applied from a power supply,
Switching type step-down means for stepping down the power supply voltage to a predetermined internal constant voltage by ON / OFF control of the switching element;
And having an oscillator driven by application of the internal constant voltage,
The switching type step-down means is configured to control on / off of the switching element with a clock signal of a predetermined frequency using the output signal of the oscillator,
The switching type step-down means includes a charge mode in which the capacitors are connected in series by a combination of a plurality of capacitors and a plurality of switch means on and off, and a discharge mode in which the capacitors are connected in parallel. In the charging mode, the power supply voltage is applied to both ends of the capacitors connected in series to charge the capacitor, and in the discharging mode, the capacitors are charged with the power supply disconnected. Charging voltage is output,
A capacitive voltage dividing step-down circuit configured to perform on / off control of the switch means by the clock signal;
Further, the switching type voltage step-down means has a first regulator that adjusts the output voltage of the capacity voltage division type step-down circuit together with the capacity voltage division type step-down circuit,
The first regulator includes a first transistor connected between an output side of the capacitive voltage dividing step-down circuit and an output terminal of the switching step-down means;
Based on the first reference voltage representing the predetermined internal constant voltage set to the first reference voltage source and the voltage of the output terminal, the voltage of the output terminal is set to the predetermined internal constant voltage. The oscillation circuit is configured to control one transistor .

本発明の第2の態様は、
第1の態様に記載する発振回路において、
前記発振器の出力信号を分周する分周回路を有するとともに、
前記スイッチング型降圧手段は、前記分周回路が出力する所定周波数のクロック信号で前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したことを特徴とする発振回路にある。
The second aspect of the present invention is:
In the oscillation circuit described in the first aspect,
Having a frequency divider for dividing the output signal of the oscillator;
The switching type step-down means is an oscillation circuit configured to control on / off of the switching element by a clock signal of a predetermined frequency output from the frequency dividing circuit.

本発明の第3の態様は、
第1または第2の態様に記載する発振回路において、
前記第1のレギュレータは、前記電源と前記出力端子との間に、前記第1のトランジスタに対して並列に接続されるとともに前記第1のトランジスタよりもオン抵抗が大きい第2のトランジスタを有するとともに、前記第1の基準電圧と、前記出力端子の電圧とに基づき前記出力端子の電圧が前記所定の内部定電圧になるように前記第1のトランジスタとともに前記第2のトランジスタを制御することを特徴とする発振回路にある。
The third aspect of the present invention is:
In the oscillation circuit described in the first or second aspect,
The first regulator includes a second transistor connected in parallel to the first transistor and having a higher on-resistance than the first transistor between the power source and the output terminal. The second transistor is controlled together with the first transistor so that the voltage at the output terminal becomes the predetermined internal constant voltage based on the first reference voltage and the voltage at the output terminal. It is in the oscillation circuit.

本発明の第4の態様は、
第3の態様に記載する発振回路において、
前記スイッチング型降圧手段は、前記電源電圧を所定の設定電圧に降圧して前記容量分圧型降圧回路に印加する第2のレギュレータを有するとともに、
前記第2のレギュレータは、前記電源と前記容量分圧型降圧回路の入力側との間に接続された第3のトランジスタを有しており、
第2の基準電圧源に設定した前記所定の設定電圧と、前記容量分圧型降圧回路への入力電圧とに基づき前記容量分圧型降圧回路の前記入力電圧が前記設定電圧になるように前記第3のトランジスタを制御することを特徴とする発振回路にある。
The fourth aspect of the present invention is:
In the oscillation circuit described in the third aspect,
The switching step-down means has a second regulator for stepping down the power supply voltage to a predetermined set voltage and applying it to the capacitive voltage dividing step-down circuit,
The second regulator includes a third transistor connected between the power source and the input side of the capacitive voltage dividing step-down circuit,
Based on the predetermined set voltage set as the second reference voltage source and the input voltage to the capacitive voltage dividing step-down circuit, the third voltage is set so that the input voltage of the capacitive voltage dividing step-down circuit becomes the set voltage. The oscillation circuit is characterized in that the transistor is controlled.

本発明の第5の態様は、
第1〜第4の態様のいずれか一つに記載する発振回路において、
前記スイッチング型降圧手段の前記スイッチング素子のオン・オフ状態のデューティ比を制御することにより前記スイッチング型降圧手段の出力電圧を制御するデューティ変調器を有するとともに、
前記所定の内部定電圧を表す第3の基準電圧と、前記スイッチング型降圧手段の出力端子の電圧とを比較して両者の偏差が零になるように前記デューティ変調器を介して前記デューティ比を制御することを特徴とする発振回路にある。
According to a fifth aspect of the present invention,
In the oscillation circuit according to any one of the first to fourth aspects,
Having a duty modulator for controlling the output voltage of the switching step-down means by controlling the duty ratio of the switching element of the switching type step-down means in the on / off state;
The third reference voltage representing the predetermined internal constant voltage is compared with the voltage at the output terminal of the switching step-down means, and the duty ratio is set via the duty modulator so that the deviation between them is zero. The oscillation circuit is characterized by being controlled.

本発明によれば、スイッチング型降圧手段で、電源電圧を発振器の駆動電圧である内部定電圧に降圧するようにしたので、発振回路における消費電力を可及的に低減し得る。同時に、スイッチング型降圧手段のスイッチング用のクロック信号は内蔵する発振器の出力信号に基づいて生成しているので、スイッチング型降圧手段のスイッチングに必要なクロック信号を別途発生させる必要がないばかりか、発振器自体の発振出力を利用しているので、異なる周波数間の干渉によるノイズの発生を未然に防止し得る。   According to the present invention, since the power source voltage is stepped down to the internal constant voltage that is the driving voltage of the oscillator by the switching step-down means, the power consumption in the oscillation circuit can be reduced as much as possible. At the same time, since the switching clock signal of the switching step-down means is generated based on the output signal of the built-in oscillator, it is not necessary to separately generate a clock signal necessary for switching of the switching type step-down means. Since the oscillation output of itself is used, generation of noise due to interference between different frequencies can be prevented in advance.

本発明の実施の形態に係る発振回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the oscillation circuit which concerns on embodiment of this invention. 図1のスイッチング型降圧手段の具体例である容量分圧型降圧回路を充電時の態様で示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a capacitive voltage dividing step-down circuit as a specific example of the switching step-down means in FIG. 図1のスイッチング型降圧手段の具体例である容量分圧型降圧回路を放電時の態様で示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a capacitive voltage dividing step-down circuit as a specific example of the switching step-down means in FIG. 図1の分周回路の具体的な構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific configuration of a frequency divider circuit in FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching type pressure | voltage fall means which is the principal part of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching type pressure | voltage fall means which is the principal part of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching type pressure | voltage fall means which is the principal part of the 4th Embodiment of this invention. 図1に示す第1の実施の形態に係る発振回路と図10に示す従来技術に係る発振回路との電源電圧対する全消費電流の特性を示すグラフである。11 is a graph showing the characteristics of total current consumption with respect to the power supply voltage of the oscillation circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1 and the oscillation circuit according to the prior art shown in FIG. 本発明の第5の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching type pressure | voltage fall means which is the principal part of the 5th Embodiment of this invention. 従来技術に係る発振回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the oscillation circuit which concerns on a prior art. 図10に示すレギュレータの具体的な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the regulator shown in FIG.

以下、本発明の本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
図1は本発明の実施の形態に係る発振回路を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る発振器200は、ICチップ11(図中の点線部分)内に集積されたスイッチング型降圧手段12、発振器3、分周回路4、レベルシフタ5および出力回路6を有している。スイッチング型降圧手段12は、電源7の電源電圧VDDを所定の内部定電圧VREGに降圧する。スイッチング型降圧手段12の具体的な構成に関しては後に詳述する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing an oscillation circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, an oscillator 200 according to this embodiment includes a switching step-down voltage unit 12, an oscillator 3, a frequency divider circuit 4, a level shifter 5, and an output circuit 6 integrated in an IC chip 11 (dotted line portion in the figure). have. The switching type step-down means 12 steps down the power supply voltage VDD of the power supply 7 to a predetermined internal constant voltage VREG. The specific configuration of the switching type step-down unit 12 will be described in detail later.

発振器3は内部定電圧VREGで駆動され、外付けの水晶振動子8を振動させることにより所定周波数の出力信号を分周回路4に送出する。分周回路4は内部定電圧VREGで駆動され、発振器3の出力信号の周波数を適宜分周してレベルシフタ5に送出する。レベルシフタ5は発振器3の出力信号の電圧を適宜増幅して出力する。出力回路6は、レベルシフタ5の出力信号を出力端子9に送出する際のバッファ回路として機能する。ここで、レベルシフタ5および出力回路6には電源電圧VDDが印加されている。   The oscillator 3 is driven by the internal constant voltage VREG, and sends an output signal having a predetermined frequency to the frequency divider circuit 4 by vibrating the external crystal resonator 8. The frequency divider 4 is driven by the internal constant voltage VREG, and appropriately divides the frequency of the output signal of the oscillator 3 and sends it to the level shifter 5. The level shifter 5 appropriately amplifies the voltage of the output signal of the oscillator 3 and outputs it. The output circuit 6 functions as a buffer circuit when the output signal of the level shifter 5 is sent to the output terminal 9. Here, the power supply voltage VDD is applied to the level shifter 5 and the output circuit 6.

かかるICチップ11では、発振周波数の安定化や、発振回路200全体の消費電力の低減のため、ICチップ11にスイッチング型降圧手段12を内蔵して、外部から供給される電源電圧VDDよりも低い内部定電圧VREGを生成している。具体的には、スイッチング型降圧手段12が、スイッチング素子(図1には図示せず)のオン・オフ制御により電源電圧VDDを内部定電圧VREGに降圧する。ここで、スイッチング型降圧手段12のスイッチング素子は、分周回路4の出力信号である所定周波数のクロック信号でそのオン・オフ状態が制御される。この場合の外部供給電圧VDDは、通常は1.8V±10%〜5.0V±10%の範囲である。これに対し、内部定電圧VREGは、低消費電力化のため、最近では1V以下という非常に低い電圧に設定することも多い。   In such an IC chip 11, in order to stabilize the oscillation frequency and reduce the power consumption of the entire oscillation circuit 200, the switching type voltage step-down means 12 is built in the IC chip 11 and is lower than the power supply voltage VDD supplied from the outside. An internal constant voltage VREG is generated. Specifically, the switching step-down means 12 steps down the power supply voltage VDD to the internal constant voltage VREG by on / off control of a switching element (not shown in FIG. 1). Here, the switching element of the switching step-down means 12 is controlled to be turned on / off by a clock signal having a predetermined frequency which is an output signal of the frequency dividing circuit 4. In this case, the external supply voltage VDD is usually in the range of 1.8V ± 10% to 5.0V ± 10%. On the other hand, the internal constant voltage VREG is often set to a very low voltage of 1 V or less recently for low power consumption.

このように本形態では図10に示す発振器100におけるレギュレータ2の代わりにスイッチング型降圧手段12を用いており、しかもスイッチング型降圧手段12のスイッチング素子のオン・オフ状態の制御は分周回路4の出力信号である所定周波数のクロック信号を利用して行っているので、発振回路における消費電力を可及的に低減し得る(この点に関しては後に詳述する)。また、スイッチング型降圧手段12のスイッチングに必要なクロック信号を別途発生させる必要がないばかりか、発振器3自体の発振出力を利用することで異なる周波数間の干渉によるノイズの発生を未然に防止し得る。   Thus, in this embodiment, the switching step-down unit 12 is used instead of the regulator 2 in the oscillator 100 shown in FIG. 10, and the on / off state of the switching element of the switching type step-down unit 12 is controlled by the frequency divider 4. Since the output signal is used by using a clock signal having a predetermined frequency, power consumption in the oscillation circuit can be reduced as much as possible (this will be described in detail later). Further, it is not necessary to separately generate a clock signal necessary for switching of the switching type step-down means 12, and the generation of noise due to interference between different frequencies can be prevented by using the oscillation output of the oscillator 3 itself. .

図2および図3は、図1のスイッチング型降圧手段の具体例である容量分圧型降圧回路を、充電時の態様(図2)および放電時の態様(図3)でそれぞれ示す回路図である。   2 and 3 are circuit diagrams showing a capacity voltage-dividing step-down circuit, which is a specific example of the switching-type step-down means in FIG. 1, in a mode during charging (FIG. 2) and a mode during discharging (FIG. 3), respectively. .

図2および図3に示すように、容量分圧型降圧回路13は、2個のコンデンサC1,C2および5個のスイッチ手段SW1、SW2、SW3、SW4,SW5からなり、スイッチ手段SW1〜SW5のオン・オフ制御により図2に示す充電モードと、図3に示す放電モードとを交互に繰り返す。すなわち、充電モードにおいては図2(a)に示すように、スイッチ手段SW1,SW2がオン状態、スイッチ手段SW3〜SW5がオフ状態となってコンデンサC1,C2を電源7と接地端子14との間に直列に接続する。この場合の等価回路を図2(b)に示す。一方、放電モードにおいては図3(a)に示すように、スイッチ手段SW1,SW2がオフ状態、スイッチ手段SW3〜SW5がオン状態となってコンデンサC1,C2をVREG端子15と接地端子14との間に並列に接続する。この場合の等価回路を図3(b)に示す。かくしてコンデンサC1,C2の容量が同一である場合、充電モードにおいて電源電圧VDDとなっているコンデンサC1,C2間の電圧が、放電モードにおいて各コンデンサC1,C2の両端電圧である1/2(VDD)に降圧され、内部定電圧VREGとしてVREG端子15に生成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 is composed of two capacitors C1, C2 and five switch means SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and the switch means SW1 to SW5 are turned on. The charging mode shown in FIG. 2 and the discharging mode shown in FIG. 3 are alternately repeated by the off control. That is, in the charging mode, as shown in FIG. 2A, the switch means SW1 and SW2 are turned on and the switch means SW3 to SW5 are turned off, so that the capacitors C1 and C2 are connected between the power source 7 and the ground terminal 14. Connect in series. An equivalent circuit in this case is shown in FIG. On the other hand, in the discharge mode, as shown in FIG. 3A, the switch means SW1 and SW2 are turned off and the switch means SW3 to SW5 are turned on so that the capacitors C1 and C2 are connected between the VREG terminal 15 and the ground terminal 14. Connect in parallel. An equivalent circuit in this case is shown in FIG. Thus, when the capacitors C1 and C2 have the same capacity, the voltage between the capacitors C1 and C2, which is the power supply voltage VDD in the charge mode, is ½ (VDD ) And is generated at the VREG terminal 15 as the internal constant voltage VREG.

さらに詳言すると、充電モードではコンデンサC1,C2は直列接続になっており、コンデンサC1のHi側端子が電源7に接続されている。一方、放電モードではコンデンサC1,C2が並列接続になっており、コンデンサC1,C2はいずれもHi側端子がVREG端子15に接続されている。ここで、コンデンサC1,C2の各容量値が等しいとすると、充電モードではコンデンサC1,C2によって電源電圧VDDが半分に分圧されるので、コンデンサC1,C2にはVDD/2の電圧に見合った電荷が充電される。一方、放電モードでは、コンデンサC1,C2が接地端子14の電位である設置電位GND基準で並列に接続されるので、VREG端子15の電位はVDD/2となる。このように、充電モードと放電モードとを周期的に繰り返すことで、理想的にはロス無しで電源電圧VDDVの半分以下の電圧を得ることができる。ここで、VREG端子15に比較的大きなコンデンサを別途配置することで、内部定電圧VREGを平滑化することができる。   More specifically, in the charging mode, the capacitors C1 and C2 are connected in series, and the Hi-side terminal of the capacitor C1 is connected to the power source 7. On the other hand, in the discharge mode, the capacitors C1 and C2 are connected in parallel, and both the capacitors C1 and C2 have the Hi-side terminal connected to the VREG terminal 15. Here, assuming that the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are equal, in the charging mode, the power supply voltage VDD is divided in half by the capacitors C1 and C2, so that the capacitors C1 and C2 correspond to the voltage of VDD / 2. Charge is charged. On the other hand, in the discharge mode, the capacitors C1 and C2 are connected in parallel on the basis of the installation potential GND which is the potential of the ground terminal 14, so that the potential of the VREG terminal 15 is VDD / 2. As described above, by periodically repeating the charging mode and the discharging mode, it is possible to obtain a voltage that is ideally less than half of the power supply voltage VDDV without loss. Here, the internal constant voltage VREG can be smoothed by separately disposing a relatively large capacitor at the VREG terminal 15.

容量分圧型降圧回路13のスイッチ手段SW1〜SW5は、MOSトランジスタで好適に形成し得るが、分周回路4の出力信号である所定周波数のクロック信号CLによりそのオン・オフ状態が制御される。図4は本形態に係る分周回路の詳細な構成を示す回路図である。同図に示すように、分周回路4は、直列に接続したn(n=自然数)段の分周器41,42,・・・,4nと、各分周器41〜4nのいずれかの出力信号を選択するクロック選択回路45を具備している。そして、入力端子40を介して供給される発振器3の出力信号を、n段の分周器41〜4nで1/2に分周し、所定周波数の矩形パルス信号を出力端子46を介してして出力する。同時に、クロック選択回路45では、所定周波数のクロック信号CLが選択され、容量分圧型降圧回路13に供給される。ここで、充電モードと放電モードの各期間、T1(充電モードである期間)、T2(放電モード2である期間)の比であるDUTY比を制御することで、0〜(VDD/2)2の範囲で、VREG端子15に出力される内部定電圧VREGを制御することも可能である。 The switch means SW1 to SW5 of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 can be suitably formed by MOS transistors, but their on / off states are controlled by a clock signal CL having a predetermined frequency which is an output signal of the frequency divider circuit 4. FIG. 4 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the frequency dividing circuit according to this embodiment. As shown in the figure, the frequency dividing circuit 4 includes n (n = natural number) stage frequency dividers 41, 42,..., 4n connected in series, and any one of the frequency dividers 41 to 4n. A clock selection circuit 45 for selecting an output signal is provided. Then, the output signal of the oscillator 3 supplied via the input terminal 40 is divided by 1/2 n by n-stage frequency dividers 41 to 4n, and a rectangular pulse signal having a predetermined frequency is obtained via the output terminal 46. And output. At the same time, the clock selection circuit 45 selects a clock signal CL having a predetermined frequency and supplies it to the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. Here, by controlling the duty ratio, which is the ratio of each period of the charging mode and discharging mode, T1 (period of charging mode), T2 (period of discharging mode 2), 0 to (VDD / 2) 2 In this range, the internal constant voltage VREG output to the VREG terminal 15 can be controlled.

かくして、本形態においては発振器3で生成する所定周波数の出力信号を適宜分周して容量分圧型降圧回路13のスイッチ手段SW1〜SW5のスイッチング信号を形成している。ここで、発振器3の出力信号の周波数、特に低周波数の場合には、分周することなく直接、発振器3の出力信号を容量分圧型降圧回路13にスイッチング信号として供給することもできる。この場合には分周回路4は、勿論省略することができる。   Thus, in this embodiment, the output signal of the predetermined frequency generated by the oscillator 3 is appropriately divided to form the switching signals of the switch means SW1 to SW5 of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. Here, in the case of the frequency of the output signal of the oscillator 3, particularly in the case of a low frequency, the output signal of the oscillator 3 can be directly supplied to the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 as a switching signal without frequency division. In this case, the frequency dividing circuit 4 can of course be omitted.

<第2の実施の形態>
図5は本発明の第2の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段の他の例を示す回路図である。図1に示す第1の実施の形態に係る発振回路200は、スイッチング型降圧手段12を容量分圧型降圧回路13のみで形成したものであるが、図5に示すように、容量分圧型降圧回路13と第1のレギュレータ60とを組み合わせてスイッチング型降圧手段12Aを構成することもできる。ここで、レギュレータ60は、容量分圧型降圧回路13の出力電圧を調整するもので、容量分圧型降圧回路13の出力側とVREG端子15との間に接続されたMOSトランジスタTR1を有している。そして、基準電圧源63に設定した内部定電圧VREGを表す基準電圧VREF1と、VREG端子15の電圧とに基づきVREG端子15の電圧が内部定電圧VREGになるようにオペアンプ64を介してMOSトランジスタTR1を制御する。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of the switching type step-down means which is the main part of the second embodiment of the present invention. In the oscillation circuit 200 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the switching step-down unit 12 is formed by only the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. However, as shown in FIG. 13 and the first regulator 60 can be combined to constitute the switching step-down means 12A. Here, the regulator 60 adjusts the output voltage of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13, and has a MOS transistor TR 1 connected between the output side of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 and the VREG terminal 15. . The MOS transistor TR1 is connected via the operational amplifier 64 so that the voltage at the VREG terminal 15 becomes the internal constant voltage VREG based on the reference voltage VREF1 representing the internal constant voltage VREG set in the reference voltage source 63 and the voltage at the VREG terminal 15. To control.

本形態によれば、容量分圧型降圧回路13の出力電圧と内部定電圧VREGとの間に偏差を生起していても、内部定電圧VREGは最終的にレギュレータ60で高精度に調整される。したがって、発振器3および分周回路4の駆動電圧となる内部定電圧VREGを高精度に所定値に保持することができる。ちなみに、容量分圧型降圧回路13では、DUTY比の制御で出力電圧、すなわち内部定電圧VREGを調整することもできるが、DUTY比の制御は、容量分圧型降圧回路13では、複雑化しがちである。これに対し本形態では、DUTY可変回路を用いることなく、DUTY比固定で容量分圧型降圧回路13は単純に、例えば電源電圧VDD÷2程度の電圧を出力するように構成することができる。   According to this embodiment, even if a deviation occurs between the output voltage of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 and the internal constant voltage VREG, the internal constant voltage VREG is finally adjusted with high accuracy by the regulator 60. Therefore, the internal constant voltage VREG serving as the drive voltage for the oscillator 3 and the frequency dividing circuit 4 can be held at a predetermined value with high accuracy. Incidentally, in the capacitive voltage dividing step-down circuit 13, the output voltage, that is, the internal constant voltage VREG can be adjusted by controlling the duty ratio. However, the duty ratio control tends to be complicated in the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. . On the other hand, in the present embodiment, without using the duty variable circuit, the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 with a fixed duty ratio can be simply configured to output, for example, a power supply voltage VDD ÷ 2.

<第3の実施の形態>
図6は本発明の第3の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。同図に示すように、本形態におけるスイッチング型降圧手段12Bは、図5に示すスイッチング型降圧手段12Bと同様に、容量分圧型降圧回路13と、第1のレギュレータ61とを組み合わせて容量分圧型降圧回路13の出力電圧を調整するものであるが、本形態における第1のレギュレータ61は、図5に示す第1のレギュレータ60におけるMOSトランジスタTR1の他にMOSトランジスタTR2を有している。すなわち、MOSトランジスタTR2は、電源7とVREG端子15との間に、MOSトランジスタTR1に対して並列に接続されるとともにMOSトランジスタTR1よりもオン抵抗が大きいものを選定してある。そして、MOSトランジスタTR1と同様に、基準電圧VREF1と、VREG端子15の電圧とに基づきVREG端子15の電圧が所定の内部定電圧VREGになるようにオペアンプ64を介して制御される。なお、図6中、図5と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a circuit diagram showing the switching step-down means which is the main part of the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching step-down voltage unit 12B in the present embodiment is a capacitive voltage division type by combining the capacitive voltage division type step-down circuit 13 and the first regulator 61, similarly to the switching type voltage step-down unit 12B shown in FIG. Although the output voltage of the step-down circuit 13 is adjusted, the first regulator 61 in this embodiment has a MOS transistor TR2 in addition to the MOS transistor TR1 in the first regulator 60 shown in FIG. That is, the MOS transistor TR2 is selected between the power supply 7 and the VREG terminal 15 in parallel with the MOS transistor TR1 and having a higher on-resistance than the MOS transistor TR1. Then, similarly to the MOS transistor TR1, it is controlled via the operational amplifier 64 so that the voltage of the VREG terminal 15 becomes a predetermined internal constant voltage VREG based on the reference voltage VREF1 and the voltage of the VREG terminal 15. In FIG. 6, the same parts as those in FIG.

本形態によれば、当該発振回路200の始動時におけるスイッチング型降圧手段12Bの円滑な始動が確保される。すなわち、本形態では、容量分圧型降圧回路」13が分周回路4の出力であるクロック信号CLを利用している関係上、内部定電圧VREGが得られない始動時にはクロック信号CLを得ることが困難となり、何らかの手段で容量分圧型降圧回路13を始動してやる必要がある。本形態ではMOSトランジスタTR2を介して電源電圧VDDがVREG端子15を介して直接分周回路4に印加されるので、始動時の分周回路4の駆動電流を良好に供給することができる。一方、容量分圧型降圧回路13が内部定電圧VREGを生成した後は、
MOSトランジスタTR2にはほとんど電流は流れない。(MOSトランジスタTR1のオン抵抗)≪(MOSトランジスタTR2のオン抵抗)となっているからである。また、電源電圧VDDが小さくなるとスイッチング型降圧手段12Cの出力が下がり始め、全体の消費電力削減効果は急速に悪化するが、この場合でもMOSトランジスタTR2を介して電流を流すことができるので、従来技術と同様のリニアレギュレータとしては動作させることができる。このように、リニアレギュレータと併用した場合には、最大効率は得られないが、電源電圧VDDが低い場合に効率が極端に悪化することを防止できる。
According to this embodiment, a smooth start-up of the switching step-down means 12B is ensured when the oscillation circuit 200 is started. In other words, in this embodiment, the capacity voltage-dividing step-down circuit 13 uses the clock signal CL that is the output of the frequency dividing circuit 4, so that the clock signal CL can be obtained at the time of starting when the internal constant voltage VREG cannot be obtained. It becomes difficult, and it is necessary to start the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 by some means. In this embodiment, since the power supply voltage VDD is directly applied to the frequency divider circuit 4 via the VREG terminal 15 via the MOS transistor TR2, the drive current of the frequency divider circuit 4 at the start can be supplied satisfactorily. On the other hand, after the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 generates the internal constant voltage VREG,
Almost no current flows through the MOS transistor TR2. This is because (ON resistance of MOS transistor TR1) << (ON resistance of MOS transistor TR2). Further, when the power supply voltage VDD decreases, the output of the switching type step-down means 12C begins to decrease, and the overall power consumption reduction effect rapidly deteriorates. However, in this case as well, current can flow through the MOS transistor TR2. It can be operated as a linear regulator similar to the technology. As described above, when the linear regulator is used in combination, the maximum efficiency cannot be obtained, but it is possible to prevent the efficiency from being extremely deteriorated when the power supply voltage VDD is low.

<第4の実施の形態>
図7は本発明の第4の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。同図に示すように、本形態におけるスイッチング型降圧手段12Cは、図6に示す第1のレギュレータ61の他に第2のレギュレータ62を有している。第2のレギュレータ62は、電源電圧VDDを所定の設定電圧に降圧して容量分圧型降圧回路13に印加するもので、電源7と容量分圧型降圧回路13との間に接続されたMOSトランジスタTR3を有している。MOSトランジスタTR3は、基準電圧源65に設定した基準電圧VREF2と、容量分圧型降圧回路13の入力側の電圧とに基づき容量分圧型降圧回路13の入力電圧が所定の基準電圧VREF2になるようにオペアンプ66を介して制御される。ここで、基準電圧VREF2は電源電圧VDD/2程度に設定することができる、なお、図7中、図6と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing the switching step-down means which is the main part of the fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching step-down voltage means 12C in the present embodiment has a second regulator 62 in addition to the first regulator 61 shown in FIG. The second regulator 62 steps down the power supply voltage VDD to a predetermined set voltage and applies it to the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. The MOS transistor TR3 connected between the power supply 7 and the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 is used. have. The MOS transistor TR3 is configured so that the input voltage of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 becomes a predetermined reference voltage VREF2 based on the reference voltage VREF2 set in the reference voltage source 65 and the voltage on the input side of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. It is controlled via the operational amplifier 66. Here, the reference voltage VREF2 can be set to about the power supply voltage VDD / 2. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本形態によれば、高い電源電圧VDDをレギュレータ62で大きく降圧して容量分圧型降圧回路13に供給することができる。このため、電源電圧VDDが高圧で、内部定電圧VREGとの差が大きい場合に特に有用なものとなる。さらに詳言すると、発振器3などは基準電圧VREF1に設定されている基準電圧VREF1(=内部定電圧VREG)で動作する。内部定電圧VREGの電圧自体は、オペアンプ64とMOSトランジスタTR1,TR2によって精度良く制御されている。MOSトランジスタTR2は直接電源7に接続されているが、MOSトランジスタTR2は容量分圧型降圧回路13の出力側に接続されている。ここで、MOSトランジスタTR1は、前述の如くMOSトランジスタTR2よりも大きなサイズ、すなわち低抵抗に作ってある。例えば、MOSトランジスタTR1,TR2のチャネル長を同じにすると、MOSトランジスタTR1のチャネル幅をMOSトランジスタTR2の5倍以上に設定しておく。   According to this embodiment, the high power supply voltage VDD can be greatly stepped down by the regulator 62 and supplied to the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. Therefore, it is particularly useful when the power supply voltage VDD is high and the difference from the internal constant voltage VREG is large. More specifically, the oscillator 3 and the like operate at the reference voltage VREF1 (= internal constant voltage VREG) set to the reference voltage VREF1. The voltage of the internal constant voltage VREG itself is accurately controlled by the operational amplifier 64 and the MOS transistors TR1 and TR2. Although the MOS transistor TR2 is directly connected to the power supply 7, the MOS transistor TR2 is connected to the output side of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. Here, as described above, the MOS transistor TR1 is made larger than the MOS transistor TR2, that is, has a low resistance. For example, if the channel lengths of the MOS transistors TR1 and TR2 are the same, the channel width of the MOS transistor TR1 is set to 5 times or more that of the MOS transistor TR2.

また、本形態における容量分圧型降圧回路13はオペアンプ66とMOSトランジスタTR3で制御された基準電圧VREF2で駆動される。このため、電源電圧VDDが基準電圧VREF2とほぼ等しい時に最大の電力削減効果を発揮する。容量分圧型降圧回路13によって基準電圧VREF2から基準電圧-VREF1までの降圧が理想的にはロスなく行われるからである。ここで、MOSトランジスタTR1のソース/ドレイン間の電位差が小さくなるように両基準電圧VREF1,VREF2を設定しておけば、MOSトランジスタTR1による電力消費はわずかである。   Further, the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 in this embodiment is driven by the reference voltage VREF2 controlled by the operational amplifier 66 and the MOS transistor TR3. Therefore, the maximum power reduction effect is exhibited when the power supply voltage VDD is substantially equal to the reference voltage VREF2. This is because the voltage-dividing from the reference voltage VREF2 to the reference voltage -VREF1 is ideally performed without loss by the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. Here, if both reference voltages VREF1, VREF2 are set so that the potential difference between the source and drain of the MOS transistor TR1 is small, the power consumption by the MOS transistor TR1 is small.

上述の動作を具体的な数値を用いて説明する。基準電圧VREF1は、低消費電力の発振器3などを動作させる電圧であり、ここでは0.8V程度に設定する。一方、容量分圧型降圧回路13に供給される電圧となる、基準電圧VREF2は1.8V程度に設定する。MOSトランジスタTR1,TR2は共に低閾値(ここではほぼ0Vと仮定する)のNMOSトランジスタであり、またMOSトランジスタTR2のインピーダンスはチャネル幅の設定で、MOSトランジスタTR1の1/5に設定する。   The above operation will be described using specific numerical values. The reference voltage VREF1 is a voltage for operating the oscillator 3 with low power consumption, and is set to about 0.8 V here. On the other hand, the reference voltage VREF2, which is a voltage supplied to the capacitive voltage dividing step-down circuit 13, is set to about 1.8V. The MOS transistors TR1 and TR2 are both NMOS transistors with a low threshold (assumed to be approximately 0V here), and the impedance of the MOS transistor TR2 is set to 1/5 of the MOS transistor TR1 by setting the channel width.

内部定電圧VREGの下で消費されるオペアンプ電流64の電流 I_OP=20μA とし、MOSトランジスタTR1に約16μA、MOSトランジスタTR2に約4μAの電流が流れるとする。電源電圧VDD=1.8Vの時、容量分圧型降圧回路13が(VDD/2)の場合、その出力は0.9Vであるので、MOSトランジスタTR1の両端電位差は0.1Vであり、MOSトランジスタTR1でのロス電力は、16μA×0.1V=1.6μWである。MOSトランジスタTR2でのロス電力は、4μA×(1,8−0.8)V=4μWである。MOSトランジスタTR3の両端電位差はゼロであるからロス電力は無視して良い。したがって、トータルのロス電力は5.6Wとなる。これは、図10に示すレギュレータ2の場合、同じ電源条件でのロス電力が20μWであるので、本形態におけるロス電力の削減量が14.4μW、すなわち70パーセント以上削減できることになる。消費電流に換算すると、約8μAの削減に相当する。   It is assumed that the current I_OP = 20 μA of the operational amplifier current 64 consumed under the internal constant voltage VREG, and a current of about 16 μA flows through the MOS transistor TR1 and about 4 μA flows through the MOS transistor TR2. When the power supply voltage VDD = 1.8V, when the capacitive voltage dividing step-down circuit 13 is (VDD / 2), the output is 0.9V. Therefore, the potential difference between both ends of the MOS transistor TR1 is 0.1V. The loss power at TR1 is 16 μA × 0.1 V = 1.6 μW. The loss power in the MOS transistor TR2 is 4 μA × (1,8−0.8) V = 4 μW. Since the potential difference across the MOS transistor TR3 is zero, the loss power can be ignored. Therefore, the total loss power is 5.6 W. In the case of the regulator 2 shown in FIG. 10, since the loss power under the same power supply condition is 20 μW, the reduction amount of the loss power in this embodiment can be reduced by 14.4 μW, that is, 70% or more. In terms of current consumption, this corresponds to a reduction of about 8 μA.

なお、電源電圧VDDが1.8Vより大きくなると、MOSトランジスタTR3でのロス電力が発生しはじめ、全体の消費電力は徐々に上昇する。ただし、消費電流に換算した場合の削減量は約8μAでほぼ一定である。逆に、電源電圧VDDが1.8Vよりも小さくなると、スイッチング型降圧手段12Cの出力が下がり始め、全体の消費電力削減効果は急速に悪化する。しかし、その場合でもMOSトランジスタTR2を介して電流を流すことができるので、従来通りのリニアレギュレータとしては動作させることができる。このように、リニアレギュレータと併用した場合には、最大効率は得られないが、電源電圧VDDが低い場合に効率が極端に悪化することを防止できる。   Note that, when the power supply voltage VDD becomes higher than 1.8 V, loss power in the MOS transistor TR3 starts to be generated, and the overall power consumption gradually increases. However, the amount of reduction when converted to current consumption is approximately 8 μA and is almost constant. Conversely, when the power supply voltage VDD is lower than 1.8 V, the output of the switching step-down means 12C starts to decrease, and the overall power consumption reduction effect deteriorates rapidly. However, even in such a case, a current can flow through the MOS transistor TR2, so that the conventional linear regulator can be operated. As described above, when the linear regulator is used in combination, the maximum efficiency cannot be obtained, but it is possible to prevent the efficiency from being extremely deteriorated when the power supply voltage VDD is low.

図8は図7に示すスイッチング型降圧手段12Cを有する発振回路のSPICEシミュレーション結果を示すグラフである。同図は、消費電流を図10に示す従来技術に係る発振回路との比較において示している。当該シミュレーションに用いた発振回路は、約16MHzの水晶発振を、9段分周(1/512)し、32kHzの計時用クロックを出力するものである。スイッチング降圧手段12Cのクロック信号CLは、分周2段目(約4MHz)から取っている。横軸が外部から与える電源電圧VDD、縦軸がオペアンプ64や基準電圧源63からなるバイアス回路および出力回路6までを含む、全体の消費電流であり、一点差線が従来技術に係るレギュレータ2を用いた場合(図10参照)、実線が本発明の第4の実施の形態に係る場合(図7参照)の消費電流である。   FIG. 8 is a graph showing a SPICE simulation result of the oscillation circuit having the switching type step-down means 12C shown in FIG. This figure shows current consumption in comparison with the oscillation circuit according to the prior art shown in FIG. The oscillation circuit used for the simulation divides a crystal oscillation of about 16 MHz by 9 stages (1/512) and outputs a clock for clocking of 32 kHz. The clock signal CL of the switching step-down means 12C is taken from the second stage of frequency division (about 4 MHz). The horizontal axis is the power supply voltage VDD applied from the outside, the vertical axis is the entire current consumption including the bias circuit and the output circuit 6 including the operational amplifier 64 and the reference voltage source 63, and the one-dotted line indicates the regulator 2 according to the prior art. When used (see FIG. 10), the solid line represents the current consumption in the case of the fourth embodiment of the present invention (see FIG. 7).

図8を参照すれば、電源電圧VDDが比較的高い領域では、約8μAで一定の消費電流削減効果が得られている。電源電圧VDDが極めて低い領域では、第4の実施の形態に係る場合の消費電流の削減効果はなく、電源7に直結したレギュレータだけが有効となるので、従来技術における消費電流とほぼ一致していることがわかる。これにより、本願発明では電源電圧VDDが1.4V以上の領域で消費電流(消費電力)の顕著な削減効果が得られている。   Referring to FIG. 8, in a region where the power supply voltage VDD is relatively high, a constant current consumption reduction effect is obtained at about 8 μA. In the region where the power supply voltage VDD is extremely low, there is no effect of reducing the current consumption in the case of the fourth embodiment, and only the regulator directly connected to the power supply 7 is effective. I understand that. Thereby, in the present invention, a remarkable reduction effect of current consumption (power consumption) is obtained in a region where the power supply voltage VDD is 1.4 V or more.

<第5の実施の形態>
図9は本発明の第5の実施の形態の要部であるスイッチング型降圧手段を示す回路図である。同図に示すように、本形態に係るスイッチング型降圧手段12Dは、デューティ変調器69を有している。デューティ変調器69は、分周回路4からのクロック信号CLを入力して容量分圧型降圧回路13のスイッチング素子SW1〜SW5(図2および図3参照)のオン・オフ状態の比であるデューティ比を制御する。このことによりスイッチング型降圧手段12の出力電圧である内部定電圧VREGを所定値に制御する。そこで、本形態におけるスイッチング型降圧回路12は、所定の内部定電圧VREGを表す基準電圧VREF3を生成する基準電圧源67と、基準電圧VREF3とスイッチング型降圧手段12の出力電圧とを比較する比較器68とを有している。比較器68は内部定電圧VREGと基準電圧VREF3の偏差が零になるようにデューティ変調器69を制御して最適なデューティ比でスイッチング型降圧手段12のスイッチング素子SW1〜SW5のオン・オフ制御を行う。
<Fifth embodiment>
FIG. 9 is a circuit diagram showing the switching step-down means which is the main part of the fifth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching step-down unit 12D according to the present embodiment has a duty modulator 69. The duty modulator 69 receives the clock signal CL from the frequency dividing circuit 4 and is a duty ratio that is a ratio of on / off states of the switching elements SW1 to SW5 (see FIGS. 2 and 3) of the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. To control. As a result, the internal constant voltage VREG, which is the output voltage of the switching step-down means 12, is controlled to a predetermined value. Therefore, the switching step-down circuit 12 in this embodiment includes a reference voltage source 67 that generates a reference voltage VREF3 representing a predetermined internal constant voltage VREG, and a comparator that compares the reference voltage VREF3 and the output voltage of the switching step-down unit 12. 68. The comparator 68 controls the duty modulator 69 so that the deviation between the internal constant voltage VREG and the reference voltage VREF3 becomes zero, and performs on / off control of the switching elements SW1 to SW5 of the switching step-down means 12 with an optimum duty ratio. Do.

本形態によれば、一定周波数のクロック信号CLのデューティー比を制御することでスイッチング型降圧回路12の出力電圧を調整してVREG端子9に高精度の内部定電圧VREGを生成させることができる。   According to this embodiment, it is possible to adjust the output voltage of the switching step-down circuit 12 by controlling the duty ratio of the clock signal CL having a constant frequency, and to generate the highly accurate internal constant voltage VREG at the VREG terminal 9.

<他の実施の形態>
上記実施の形態では、スイッチング降圧手段12A〜12Dを容量分圧型降圧回路13を含むものとしたが、これに限るものではない。容量分圧型降圧回路13は簡単な回路で所定の降圧を行うことができるが、電源電圧VDDを降圧する降圧回路であれば、他の構成でも構わない。例えば、DC/DCコンバータでも良い。この場合でも、スイッチング信号は発振器3の出力信号、またはこれを分周器4で分周して得るクロック信号CLを利用してスイッチングパルスとすることは必須である。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the switching step-down means 12A to 12D include the capacitive voltage dividing step-down circuit 13. However, the present invention is not limited to this. The capacitive voltage dividing step-down circuit 13 can perform a predetermined step-down with a simple circuit, but may have other configurations as long as it is a step-down circuit that steps down the power supply voltage VDD. For example, a DC / DC converter may be used. Even in this case, it is essential to use the switching signal as the switching pulse by using the output signal of the oscillator 3 or the clock signal CL obtained by dividing the output signal by the frequency divider 4.

また、発振器3は、上記実施の形態では水晶発振器としたが、これに限るものではない。例えば水晶振動子8を使用しないRC発振器、MEMS発振器など、あらゆる種類の発振器を適用することができる。   Further, although the oscillator 3 is a crystal oscillator in the above-described embodiment, it is not limited to this. For example, all types of oscillators such as an RC oscillator and a MEMS oscillator that do not use the crystal resonator 8 can be applied.

本発明は低消費電力の要求が強いモバイル機器等に搭載される発振回路を製造販売する産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in the industrial field of manufacturing and selling an oscillation circuit mounted on a mobile device or the like that has a strong demand for low power consumption.

3 発振器
4 分周回路
7 電源
12、12A〜12D スイッチング型降圧手段
13 容量分圧型降圧回路
60,61,62 レギュレータ
63,65 基準電圧源
64、66 オペアンプ
69 デューティー変調器
200 発振回路
VDD 電源電圧
VREG 内部定電圧
CL クロック信号
SW1〜SW5 スイッチ手段
3 Oscillator 4 Dividing Circuit 7 Power Supply 12, 12A to 12D Switching Type Bucking Unit 13 Capacitance Voltage Dividing Step-Down Circuit 60, 61, 62 Regulator 63, 65 Reference Voltage Source 64, 66 Operational Amplifier 69 Duty Modulator 200 Oscillation Circuit VDD Power Supply Voltage VREG Internal constant voltage CL clock signal SW1 to SW5 switch means

Claims (5)

電源から印加される電源電圧を降圧して発振器を駆動させる発振回路であって、
スイッチング素子のオン・オフ制御により前記電源電圧を所定の内部定電圧に降圧するスイッチング型降圧手段と、
前記内部定電圧の印加により駆動される発振器とを有するとともに、
前記スイッチング型降圧手段は、前記発振器の出力信号を利用した所定周波数のクロック信号で前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成し、
前記スイッチング型降圧手段は、複数個のコンデンサと複数個のスイッチ手段のオン・オフ状態の組み合わせとで前記各コンデンサが直列に接続される充電モードと、前記各コンデンサが並列に接続される放電モードとを形成する一方、前記充電モードでは直列に接続された前記コンデンサの両端に前記電源電圧が印加されて前記コンデンサが充電され、前記放電モードでは前記電源を切離した状態で前記各コンデンサに充電された充電電圧が出力されるとともに、
前記スイッチ手段のオン・オフ制御を、前記クロック信号により行うようにした容量分圧型降圧回路を有し、
さらに前記スイッチング型降圧手段が、前記容量分圧型降圧回路とともに、当該容量分圧型降圧回路の出力電圧を調整する第1のレギュレータを有するとともに、
前記第1のレギュレータが、前記容量分圧型降圧回路の出力側と当該スイッチング型降圧手段の出力端子との間に接続された第1のトランジスタを有しており、
第1の基準電圧源に設定した前記所定の内部定電圧を表す第1の基準電圧と、前記出力端子の電圧とに基づき前記出力端子の電圧が前記所定の内部定電圧になるように前記第1のトランジスタを制御するように構成したことを特徴とする発振回路。
An oscillation circuit for driving an oscillator by stepping down a power supply voltage applied from a power supply,
Switching type step-down means for stepping down the power supply voltage to a predetermined internal constant voltage by ON / OFF control of the switching element;
And having an oscillator driven by application of the internal constant voltage,
The switching type step-down means is configured to control on / off of the switching element with a clock signal of a predetermined frequency using the output signal of the oscillator,
The switching type step-down means includes a charge mode in which the capacitors are connected in series by a combination of a plurality of capacitors and a plurality of switch means on and off, and a discharge mode in which the capacitors are connected in parallel. In the charging mode, the power supply voltage is applied to both ends of the capacitors connected in series to charge the capacitor, and in the discharging mode, the capacitors are charged with the power supply disconnected. Charging voltage is output,
A capacitive voltage dividing step-down circuit configured to perform on / off control of the switch means by the clock signal;
Further, the switching type voltage step-down means has a first regulator that adjusts the output voltage of the capacity voltage division type step-down circuit together with the capacity voltage division type step-down circuit,
The first regulator includes a first transistor connected between an output side of the capacitive voltage dividing step-down circuit and an output terminal of the switching step-down means;
Based on the first reference voltage representing the predetermined internal constant voltage set to the first reference voltage source and the voltage of the output terminal, the voltage of the output terminal is set to the predetermined internal constant voltage. An oscillation circuit characterized by being configured to control one transistor .
請求項1に記載する発振回路において、
前記発振器の出力信号を分周する分周回路を有するとともに、
前記スイッチング型降圧手段は、前記分周回路が出力する所定周波数のクロック信号で前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したことを特徴とする発振回路。
The oscillation circuit according to claim 1,
Having a frequency divider for dividing the output signal of the oscillator;
The oscillation type circuit is characterized in that the switching type step-down means is configured to control on / off of the switching element by a clock signal of a predetermined frequency output from the frequency dividing circuit.
請求項1または請求項2に記載する発振回路において、
前記第1のレギュレータは、前記電源と前記出力端子との間に、前記第1のトランジスタに対して並列に接続されるとともに前記第1のトランジスタよりもオン抵抗が大きい第2のトランジスタを有するとともに、前記第1の基準電圧と、前記出力端子の電圧とに基づき前記出力端子の電圧が前記所定の内部定電圧になるように前記第1のトランジスタとともに前記第2のトランジスタを制御することを特徴とする発振回路。
In the oscillation circuit according to claim 1 or 2 ,
The first regulator includes a second transistor connected in parallel to the first transistor and having a higher on-resistance than the first transistor between the power source and the output terminal. The second transistor is controlled together with the first transistor so that the voltage at the output terminal becomes the predetermined internal constant voltage based on the first reference voltage and the voltage at the output terminal. An oscillation circuit.
請求項3に記載する発振回路において、
前記スイッチング型降圧手段は、前記電源電圧を所定の設定電圧に降圧して前記容量分圧型降圧回路に印加する第2のレギュレータを有するとともに、
前記第2のレギュレータは、前記電源と前記容量分圧型降圧回路の入力側との間に接続された第3のトランジスタを有しており、
第2の基準電圧源に設定した前記所定の設定電圧と、前記容量分圧型降圧回路への入力電圧とに基づき前記容量分圧型降圧回路の前記入力電圧が前記設定電圧になるように前記第3のトランジスタを制御することを特徴とする発振回路。
In the oscillation circuit according to claim 3 ,
The switching step-down means has a second regulator for stepping down the power supply voltage to a predetermined set voltage and applying it to the capacitive voltage dividing step-down circuit,
The second regulator includes a third transistor connected between the power source and the input side of the capacitive voltage dividing step-down circuit,
Based on the predetermined set voltage set as the second reference voltage source and the input voltage to the capacitive voltage dividing step-down circuit, the third voltage is set so that the input voltage of the capacitive voltage dividing step-down circuit becomes the set voltage. An oscillation circuit characterized by controlling the transistor.
請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載する発振回路において、
前記スイッチング型降圧手段の前記スイッチング素子のオン・オフ状態のデューティ比を制御することにより前記スイッチング型降圧手段の出力電圧を制御するデューティ変調器を有するとともに、
前記所定の内部定電圧を表す第3の基準電圧と、前記スイッチング型降圧手段の出力端子の電圧とを比較して両者の偏差が零になるように前記デューティ変調器を介して前記デューティ比を制御することを特徴とする発振回路。
In the oscillation circuit according to any one of claims 1 to 4 ,
Having a duty modulator for controlling the output voltage of the switching step-down means by controlling the duty ratio of the switching element of the switching type step-down means in the on / off state;
The third reference voltage representing the predetermined internal constant voltage is compared with the voltage at the output terminal of the switching step-down means, and the duty ratio is set via the duty modulator so that the deviation between them is zero. An oscillation circuit characterized by controlling.
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