JP6531191B2 - 電子発振器 - Google Patents

電子発振器 Download PDF

Info

Publication number
JP6531191B2
JP6531191B2 JP2018029448A JP2018029448A JP6531191B2 JP 6531191 B2 JP6531191 B2 JP 6531191B2 JP 2018029448 A JP2018029448 A JP 2018029448A JP 2018029448 A JP2018029448 A JP 2018029448A JP 6531191 B2 JP6531191 B2 JP 6531191B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
oscillator
signal
circuit
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018029448A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018152845A (ja
Inventor
トゥ・カオ−トン
マリオ・デレア
Original Assignee
イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー
イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー, イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー filed Critical イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー
Publication of JP2018152845A publication Critical patent/JP2018152845A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6531191B2 publication Critical patent/JP6531191B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/24Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator active element in amplifier being semiconductor device
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02Details
    • H03B5/04Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1203Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier being a single transistor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1234Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the output amplitude of the generator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/003Circuit elements of oscillators
    • H03B2200/0038Circuit elements of oscillators including a current mirror
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/006Functional aspects of oscillators
    • H03B2200/0082Lowering the supply voltage and saving power

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

本発明は、電子発振器に関する。特に、本発明に係る発振器は、出力パワーステージの一部としてLC共振ネットワークを用いる。本発明は、さらに、発振器を動作させる方法に関する。
タンク回路、共振回路又は同調回路とも呼ばれるLC回路は、文字Lで表されるインダクターのような誘導性コンポーネントと、及び文字Cで表されるキャパシターのような容量性コンポーネントとを有する電気的な回路であり、これらの誘導性コンポーネントと容量性コンポーネントは、例えば、並列に接続している。このLC回路は、この回路の共振振動数で発振する、エネルギーを格納する電気共振器としてはたらくことができる。LC回路は、特定の周波数で信号を生成するために、又は複雑な信号から特定の周波数の信号を選択するために、用いられる。このようなLC回路は、多くの電子デバイス、特に、無線装置、における重要なコンポーネントであり、フィルター、発振器、同調器、無線周波数(RF)モジュレーター、正弦波発生器及び周波数ミキサーのような回路において用いられる。LC発振器は、発振を持続させるために必要な正帰還を与えるためにLCタンク回路を用いるようなタイプの発振器である。発振を持続させるためのバルクハウゼンの基準によると、回路は、系のループゲインが1以上であり入出力間の位相シフトが0又は2πの整数倍である周波数に対してのみ安定な発振を持続させる。
タンク回路を動作させるために、キャパシターは、まず、電圧源である電圧Vまでチャージされる。この後に、キャパシターはインダクターを通して放電することができる。キャパシターをまたがる電圧は減少し始め、インダクターを流れる電流は増加し始める。増加する電流によって、コイル(インダクター)のまわりに電磁場が発生し、キャパシターが完全に放電すると、キャパシターに格納された静電エネルギーは、電磁場としてコイルに完全に移される。コイルを流れる電流を持続させるエネルギーがキャパシターにはもうないので、コイルのまわりの電磁場が落ち始め、コイルを流れる電流が減少するようになる。電磁誘導のおかげで、インダクターは、電流の変化に対抗するように、L(di/dt)と等しい逆起電力を発生させる。この逆起電力は再びキャパシターをチャージし始める。
キャパシターが完全にチャージされたときには、電磁場としてインダクターに格納されていたエネルギーは、静電場としてキャパシターに移っている。そして、キャパシターは再び放電し始め、このサイクルが繰り返される。このようにキャパシターとインダクターの間でエネルギーが周期的に移動するために、タンク回路において発振が行われる。
ほとんどのLC発振器は、以下の発振器タイプに分類することができる。すなわち、ピアス発振器、クラップ発振器、コルピッツ発振器、変圧器ベースの発振器、三点発振器(負の相互コンダクタンスgm)及びハートレー発振器である。今日の最先端技術である相補型金属酸化膜半導体(CMOS)設計の発振器は、負のgmベースの発振器を用いる。これは、差動式のクロス連結した負のgm発振器としても知られている。
しかし、上記の発振器のタイプには、いくつかの制約がある。特に、上記の発振器のタイプは、GHzよりも下の周波数、及び/又は低パワー/低コストのトランスミッターの用途には適しておらず、特に良好な出力信号振幅対直流パワー比を与えない。
本発明は、発振器に関連する上記の課題の少なくとも一部を解決することを目的とする。
課題を解決する手段
本発明の第1の態様によって、請求項1に記載の電子発振器が提供される。
提案される新規なパワー発振器は、非常に効率的であり、回路内で捨てられるパワーを最小限にする。また、得られる発振器は、非常にわずかな新しいコンポーネントだけで実装することができる。また、当該発振器にパルス整形回路を容易に搭載することができる。このようにして、発振振幅などをデジタルかつ正確に制御することができる。このことは、望まない調和振動(パワー効率を減少させる)が発生することを回避することができることも意味している。
本発明の第2の態様によって、請求項14に記載の第1の態様に係る発振器を動作させる方法が提供される。
添付の従属請求項において本発明の他の態様が記載されている。
添付の図面を参照しながら例示的な実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点についても明らかになるであろう。なお、これに限定されない。
本発明の1つの例に係る発振回路を示す簡略ブロック図である。 位相シフト回路について詳細に示している図1の発振回路を示している簡略ブロック図である。 パルス整形回路について詳細に示している図2の発振回路を示している簡略ブロック図である。 図3の発振回路において測定されたいくつかの信号波形の例を示しているグラフである。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。n型電界効果トランジスターを用いるn型金属酸化膜半導体NMOSロジックによって主として実装されたデジタル制御されたパワー発振器の文脈にて、本発明を説明する。しかし、本発明は、記載された手法に限定されない。例えば、NMOSロジックを用いる代わりに、p型の金属酸化膜半導体ロジックを用いて本発明を実装することができる。また、記載されたLC回路は、たくさんの可能なLC回路の実装の例の1つにすぎない。複数の図に記載された同一又は対応する機能的及び構造的な要素には、同じ参照符号を割り当てる。
図1は、本発明の実施形態の1つに係るLC発振回路1、すなわち、発振器、の単純化された例を示しているブロック図である。図2のブロック図は、同じLC発振回路を示しているが、わずかに詳細な形態で示している。図に示すように、発振回路は、この例においてインダクター4である誘導性コンポーネントと、及びこの例において第1のキャパシター5である容量性コンポーネントとを有するLC回路3を有しており、この例においてインダクター4と第1のキャパシター5は並列に接続している。LC回路3の第1のノードは、この例において第1の電圧源である第1の基準電圧ノードVdd1に接続している。LC回路3の第2のノードは、発振回路1の出力ノード6に接続している。出力ノード6は、トランジスターMn1と呼ぶ第1のトランジスター(この例において、NMOSトランジスタ)にも接続している。このトランジスターMn1のソース端子は、この例においては接地である第2の基準電圧ノードVss1に接続しており、ドレーン端子は、出力ノード6に接続している。トランジスターMn1のゲート端子は、単に位相シフト回路と呼ぶ、位相シフト及び制御回路9の出力、具体的には、第2のトランジスターMn0、に接続している。位相シフト回路9の第1の入力は、第1の帰還回路11を通して発振回路1の出力ノード6に接続している。位相シフト回路9は、下においてより詳細に示すように、第1の帰還回路11から受けた第1の帰還信号(電圧波形)の位相をシフトするように構成している位相シフター21を有する。位相シフト回路9は、さらに、下においてより詳細に示すように、信号を加算する信号加算器12を有する。この位相シフト回路は、アクティブな回路である。なぜなら、下で説明するようなトランジスターのようなアクティブな回路コンポーネントを有するからである。これはパワーを消費する。
発振回路1は、さらに、随意に、位相シフト回路9の第2の入力信号(電流)を整形する、パルス整形回路13と呼ぶ電流不足パルス整形器(current starve pulse shaper)13を有する。また、パルス整形回路13は、下においてより詳細に示すようなアクティブなコンポーネントを有する。パルス整形回路13は、その入力において、発振器の出力ノード6に接続された第2の帰還回路15から第2の帰還信号を受ける。パルス整形回路13の出力は、位相シフト回路9の信号加算器12に接続している。図3に示すように、パルス整形回路13は、この例において第2の供給電圧である第3の基準電圧ノードVdd2にも接続している。第2の供給電圧は、第1の供給電圧と同じであることができ、また、異なることができる。
第1及び第2の帰還回路11、15は両方とも、それらの対応する入力において、当該発振器の出力信号を受ける。これは電圧波形である。第1及び第2の帰還回路は、第1及び第2の帰還信号(電圧波形)をそれぞれ位相シフト回路9及びパルス整形回路13に与える前に、当該発振器の出力信号に対して同じ又は異なるスケーリング係数を適用することができる。当該発振器の出力信号の振幅のスケーリングは、スケーリングされた(振幅が縮小された)第1及び第2の帰還信号を得るために必要であることがある。このようにして、第1及び第2の帰還信号が大きすぎることに起因するいずれの損害をも発生しないように、位相シフト回路9及び/又はパルス整形回路13を保護することができる。図2及び3に、第1の帰還回路11は、第1の帰還キャパシター14によって単純に近似され、第2の帰還回路15は、第2の帰還キャパシター17によって近似される。第1の帰還回路11は、第1の抵抗16を通して第1のバイアス用電圧源Vb1にも接続している。
本実施形態において、発振回路1のパワーステージ19は、直列に接続したLC回路3とトランジスターMn1を有する。実際に、第1の帰還回路11と位相シフト回路9がないと、パワーステージはパワー増幅器として動作するであろう。しかし、第1の帰還回路11と位相シフト回路9のおかげで、発振する構造にパワーステージを転換させることができる。トランジスターMn1のゲートとドレーン端子の間に実質的に180度の信号の位相シフトがあるために(第1の位相シフト)、位相シフト回路9は、第1の帰還信号の位相をさらに180度シフトする必要がある(第2の位相シフト)。このようにして、360度の合計位相シフトを得ることができる。このことは、発振を維持するために必要である。第2の位相シフトは、位相シフター21としてはたらく、トランジスターMnpd(nチャネルプルダウントランジスタ)と呼ぶ第3のトランジスターによって得ることができる。具体的には、トランジスターMnpdのゲート端子(位相シフト回路9の入力)と(トランジスターMn1のゲート端子に接続された)ドレーン端子の間に180度の信号の位相シフトがある。トランジスターMnpdのソース端子は、この例において接地に接続している。
図2に示すように、この例において、位相シフト回路9は、さらに、トランジスターMnpdと並列に接続している、トランジスターMn0と呼ぶ第2のトランジスターを有している。トランジスターMn0のドレーン端子は、トランジスターMnpdのドレーン端子に接続されており、トランジスターMn0のゲート端子は、そのドレーン端子及びトランジスターMn1のゲート端子に接続されている。トランジスターMn0のソース端子は、この例において接地に接続している。ゲート端子とドレーン端子が互いに直接接続されるので、トランジスターMn0は、この例において、ダイオード接続トランジスターである。この例において、トランジスターMn0は、トランジスターMn1と共同で、1:Rの電流ミラーを形成している。ここで、Rは、倍率係数ないしスケーリング係数である。この係数は、位相シフト回路9に起因する余分なパワー消費を小さく維持することができるように選ばれる。Rの典型的な値は、20〜50の範囲内であり、特に、30〜40の範囲内である。これらの値を用いることによって、発振回路1の効率は、約2.5〜3%(1/R)しか下がらない。信号加算器12は、この例において電流加算器であり、受ける電流を合計ないし加算するように構成している。以下において、信号加算器12は、トランジスターMnpd及びMn0のドレーン端子ノードに対応する回路ノードによって単純化されている。また、トランジスターMn0及びMn1のゲート端子もこの回路ノードに接続している。
上記のLC発振器の概念は、ピアス、ハートレー、コルピッツ又は負のgmの実装とは非常に異なっている。なぜなら、本手法は、LC回路3と直列のコンポーネントを最小限の数しか有さずにアクティブなパワーの損失を最小限にして、効率を最大限にするためである。図1〜3に示すように、この例において、トランジスターMn1のみがLC回路3と直列となっている。なお、発振回路1によって消費される合計パワーを考えると、その合計パワーの可能な限り多くがLC回路3によって消費されることが望ましい。したがって、効率を向上させるために、例えば、位相シフト回路9とトランジスターMn1のパワー消費を最小限にするべきである。図1〜3に示した他のすべてのアクティブなコンポーネントは、LC回路3とは別個であるか又はLC回路3と並列である。
発振回路1の主な利得段は、この例において、トランジスターMn1によって実装される。発振器のバルクハウゼンの基準は、前記180度の位相シフト回路9を加えることによって満たされる。これには以下の2つの機能がある。すなわち、第1の帰還回路11からの第1の帰還信号の符号を変える機能(位相基準)と、発振を開始させるために小さな信号増幅を実装する機能(ループゲイン基準)とを実装する。
上記のように、パルス整形回路13は、位相シフト回路9に直接接続している。様々な形態でパルスを制御することができる。トランジスターMn0及びMn1は、1:Rの電流ミラーを形成するために、パルス整形回路13によってトランジスターMn0に注入される電流波形は、出力段(トランジスターMn1)においてR倍に乗算される。パルス整形回路13は、発振の間に、様々なタイプの発振器の電流の刺激を発生させることができる。パルス整形回路13は、例えば、伝統的なクラスBパルス、より効率的なクラスC又はデジタル化された電流のクラスD波形を発生させることができる。これによって、この手法のパワー消費を最適化することができる。
図3のブロック図は、より詳細にパルス整形回路13を示している。第2の帰還回路15からの第2の帰還信号(電圧信号)は、トランジスターMp1と呼ぶ第4のトランジスターのゲート端子に供給される。第2の帰還信号は、さらに、第2の抵抗23を通して、トランジスターMp0と呼ぶ第5のトランジスターのゲート端子に供給される。直流電圧源Vb2によって第5のトランジスターMp0のゲートにバイアスが与えられ、この直流電圧源Vb2は、第2の抵抗23を通して第4のトランジスターMp1のゲートにバイアスを与え、この第2の抵抗23は、第2のバイアス用電圧源Vb2にも接続している。トランジスターMp0及びMp1どうしは、実質的に同じであることができ、また、異なることができる。この例において、トランジスターMp0及びMp1は両方ともp型のMOSFETトランジスターである。トランジスターMp0のドレーン端子は、この例において、ダイオード接続トランジスターである第6のトランジスター26に接続している。しかし、代わりに、トランジスターMp0のドレーン端子を接地に直接接続することができる。トランジスターMp0及びMp1のソース端子は両方とも、この例において電流源Istarveであるパワー源に接続している。電流源Istarveは、当該電流源によって発生する電流信号(例、その振幅)を、例えば、デジタルに、調整することができるような制御可能な電流源である。したがって、この電流源のことを、プログラム可能な電流源と呼ぶことができる。電流源Istarveからの電流の振幅は、発振回路1の発振の振幅を間接的に定める。トランジスターMp1のドレーン端子は、この実施形態において電流加算器である信号加算器12に接続している。接地(アース)とトランジスターMp0及びMp1のソース端子の間に、第3のキャパシター28が接続している。
次に、発振回路1の動作について詳細に説明する。発振回路1の動作を2つの段階に分けることができる。すなわち、発振振幅が依然として増加している初期の段階と、発振振幅が実質的に一定に維持される定常状態動作の段階とである。初期の段階の最初にて発振振幅はゼロであり、パルス整形回路13はトランジスターMn0に電流を注入する。トランジスターMn1はトランジスターMn0を通して電流をミラーリングし、タンク3(LC回路)にステップ電流を注入する。発振信号は増加し始め、発振信号(電圧信号)は第1及び第2の帰還回路11、15に帰還される。初期の段階の後の定常状態の段階において、トランジスターMnpdは、発振サイクルの半周期の間に、プルダウンとして周期的にオンとオフを繰り返す。トランジスターMnpdがオンのときに、トランジスターMnpdは、プルダウンとしてトランジスターMn1のゲート端子をオフにし、発振サイクルの他方の半周期の間に(トランジスターMnpdがオフであるとき)、パルス整形回路13からの信号がトランジスターMn1にて現われるようにする。すなわち、トランジスターMnpdがオフであるとき、すなわち、非導電性であるとき、トランジスターMn0、Mn1及びMp1は、オンである、すなわち、導電性である。また、トランジスターMnpdがオンであるとき、トランジスターMn0、Mn1及びMp1はオフである。このことは、トランジスターMn1における電流が実質的にゼロであることを意味する。なお、初期の段階の間に、トランジスターMp0が導電性であり、電流源Istarveからの電流のいくらかがトランジスターMp0を通って流れることに留意すべきである。しかし、発振回路1の定常状態動作の間には、トランジスターMp0には電流が流れず(すなわち、トランジスターMp0は非導電性である)、電流源Istarveからの電流がすべてトランジスターMp1を流れる。
第2の帰還信号によって、トランジスターMnpdがオフである段階の間に、発振サイクルをサポートするためにパルス整形回路13の同期帰還電流パルスを発生させるように発振を用いることが可能になる。このことは、CMOSパワー増幅器理論において、大きな信号電流の整形として知られている。なお、トランジスターMp1、電流源Istarve及び第2の帰還信号の大きさが、位相シフト回路9に供給される信号波形の形に影響を与えることに留意すべきである。定常状態動作の間に、トランジスターMp1のゲートは、LC回路3からの大きな信号の入力に遭遇する。トランジスターMp1の平均電源電圧を第2のキャパシター28によってフィルタリングすることができる。このことによって、Mp1のゲート電圧がキャパシター28における電圧よりしきい電圧Vthの分よりも低い場合には必ず、第2のキャパシター28による電流パルスの発生が可能になる。したがって、パルス整形回路13によって信号加算器12に供給される電流信号は、第2のキャパシター28及び/又は電流源Istarveから発生することができる。これは、発振回路1の定常状態動作の間に絶えずオンであることができる。トランジスターMp1の平均電流は、電流源Istarveからの電流によって与えられる。したがって、電流源Istarveは、発振器の出力振幅を制御する。これは、平均ではトランジスターMn1を通しての直流電流がトランジスターMn0を通る直流電流にRを乗算したものに実質的に等しく、このことによって発振の過剰飽和が発生しないことが確実になるためである。
図4は、図3の発振回路1における定常状態動作の間に測定されるいくつかの例示的な信号波形を示している。図4における最も上のグラフは、発振器の出力ノード6において測定された出力電圧波形を示している。中央のグラフは、トランジスターMn1の出力電流(すなわち、ドレーン電流)を示している。図4における最も下のグラフは、トランジスターMn0のドレーン端子電流を示している。非常に鋭いパルスが第2のキャパシター28によって与えられ、他方で、ピークよりもはるかに低い平均値が電流源Istarveによって与えられる。また、トランジスターMn1の出力電流が、パワー効率を最適化するために用いられる非常に狭い導通角(完全な1周期のうちの電流が0よりも大きい部分)を有することがわかる。
図面及び上記の説明において本発明について例示して詳細に説明したが、このような例示や説明は、例として示されたものとして考えるべきであって、本発明を限定するものとして考えるべきではない。本発明は、制御可能な出力信号の振幅及び/又は波形を有する電子発振器1についての記載した開示された実施形態には限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された発明を実施する場合に、添付された図面、明細書及び請求の範囲について検討することによって、他の実施形態及び変形態様についても理解し達成することができるであろう。
請求の範囲において、「有する」という文言は、他の要素やステップがあることを除外するものではなく、物の表現が単数形であっても複数あることを除外するものではない。異なる特徴が単に互いに異なる従属請求項で記載されていることだけでは、これらの特徴の組み合わせを有利に用いることができないことを意味しているわけではない。請求の範囲における参照用の符号はいずれも本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
1 発振器
3 LC共振回路
4 誘導性コンポーネント
5 容量性コンポーネント
6 発振器の出力ノード
9 位相シフト回路
11 第1の帰還回路
12 信号加算器
13 パルス整形回路
15 第2の帰還回路
21 位相シフター
28 キャパシター
Istarve 第1の電流源
Mn1 第1のトランジスター
Mn0 第2のトランジスター
Mnpd 第3のトランジスター
Mp1 第4のトランジスター
Mp0 第5のトランジスター
Vdd1 第1の基準電圧ノード
Vss1 第2の基準電圧ノード
Vdd2 第3の基準電圧ノード
Vb1 第1のバイアス用電圧源
Vb2 直流電圧源

Claims (11)

  1. 電子発振器(1)であって、
    − 誘導性コンポーネント(4)と容量性コンポーネント(5)を有しており、第1の基準電圧ノード(Vdd1)と発振器の出力ノード(6)に接続されているLC共振回路(3)と、
    − 当該発振器の出力ノード(6)に接続しており、周期的に導電性状態と非導電性状態で動作するように構成している第1のトランジスター(Mn1)と、及び
    − 出力が前記第1のトランジスター(Mn1)に接続されており、第1の入力が第1の帰還回路(11)によって当該発振器の出力ノード(6)に接続されており、第2の入力がパルス整形回路(13)の出力に接続されている位相シフト回路(9)と
    を有し、
    前記パルス整形回路(13)の入力は、第2の帰還回路(15)によって当該発振器の出力ノード(6)に接続され、
    前記位相シフト回路(9)は、前記第1の帰還回路(11)から受けた第1の帰還信号の位相を実質的に180度シフトする信号位相シフター(21、Mnpd)を有し、
    前記位相シフト回路(9)は、さらに、
    前記信号位相シフター(21、Mnpd)から受けた第1の信号と前記パルス整形回路(13)から受けた第2の信号を加算して合計された電流信号を得る信号加算器(12)と、及び
    前記信号加算器(12)に接続されており、前記第1のトランジスター(Mn1)を通して当該発振器の出力ノード(6)に前記合計された電流信号をミラーリングするために前記第1のトランジスター(Mn1)と電流ミラーを形成する第2のダイオード接続トランジスター(Mn0)と
    を有し、
    前記パルス整形回路(13)は、電流加算器である前記信号加算器(12)に接続され、前記第2の信号を整形して当該発振器の出力信号の振幅及び/又は波形を制御することを可能にするように構成され、
    前記パルス整形回路(13)は、第1の電流源(Istarve)を有する
    ことを特徴とする発振器(1)。
  2. 前記第1のトランジスター(Mn1)と前記第2のダイオード接続トランジスター(Mn0)は、前記合計された電流信号に所定の係数を乗算するように構成している電流ミラー(Mn0、Mn1)を形成している
    ことを特徴とする請求項1に記載の発振器(1)。
  3. 前記所定の係数は、20〜50の範囲内である
    ことを特徴とする請求項2に記載の発振器(1)。
  4. 前記位相シフター(Mnpd)は、第3のトランジスター(Mnpd)を有する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の発振器(1)。
  5. 前記第3のトランジスター(Mnpd)は、出力信号を接地に引くように構成しているプルダウントランジスターである
    ことを特徴とする請求項4に記載の発振器(1)。
  6. 前記第3のトランジスター(Mnpd)は、当該発振器(1)の定常状態動作の段階の間に、前記第1のトランジスター(Mn1)と前記第2のダイオード接続トランジスター(Mn0)を周期的にオンにしオフにするように構成している
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の発振器(1)。
  7. オンとオフの持続時間は両方とも、発振サイクルの実質的に半分である
    ことを特徴とする請求項6に記載の発振器(1)。
  8. 前記パルス整形回路(13)は、第4のトランジスター(Mp1)と第5のトランジスター(Mp0)を有し、
    前記第4のトランジスター(Mp1)と前記第5のトランジスター(Mp0)は、前記第1の電流源(Istarve)に接続されたコモンノードを有し、
    前記第1の電流源(Istarve)からの第1の電流信号の少なくとも一部は、前記第4のトランジスター(Mp1)を通して前記信号加算器(12)に供給されるように構成している
    ことを特徴とする請求項に記載の発振器(1)。
  9. 前記第5のトランジスター(Mp0)は、当該発振器(1)の定常状態動作の段階の間にオフであるように構成しており、これによって、前記第1の電流源(Istarve)からの第1の電流がすべて、前記第4のトランジスター(Mp1)を通して前記信号加算器(12)に供給されることを可能にする
    ことを特徴とする請求項に記載の発振器(1)。
  10. 当該発振器の出力ノード(6)と前記第4のトランジスター(Mp1)の間に、前記第4のトランジスター(Mp1)に第2の帰還信号を供給する第2の帰還回路(15)が接続している
    ことを特徴とする請求項又はに記載の発振器(1)。
  11. 前記パルス整形回路(13)は、前記第4のトランジスター(Mp1)をまたがる電圧をフィルタリングして前記第4のトランジスター(Mp1)を通して前記信号加算器(12)に供給される第2の電流信号を供給するためにキャパシター(28)を有する
    ことを特徴とする請求項10のいずれかに記載の発振器(1)。
JP2018029448A 2017-03-10 2018-02-22 電子発振器 Active JP6531191B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17160336.8 2017-03-10
EP17160336.8A EP3373449B1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 An electronic oscillator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018152845A JP2018152845A (ja) 2018-09-27
JP6531191B2 true JP6531191B2 (ja) 2019-06-12

Family

ID=58266966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018029448A Active JP6531191B2 (ja) 2017-03-10 2018-02-22 電子発振器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10411648B2 (ja)
EP (1) EP3373449B1 (ja)
JP (1) JP6531191B2 (ja)
KR (1) KR102047182B1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112117993B (zh) * 2020-09-18 2024-03-01 上海艾为电子技术股份有限公司 整形电路以及振荡电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606294A (en) * 1996-01-29 1997-02-25 Ic Works, Inc. Automatic gain control circuit and method
JP3548819B2 (ja) * 1999-10-29 2004-07-28 株式会社村田製作所 周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器
EP1301987A1 (en) * 2000-07-20 2003-04-16 Paratek Microwave, Inc. Voltage controlled oscillators including tunable dielectric devices
US7271672B2 (en) * 2002-09-17 2007-09-18 Nxp B.V. Voltage controlled LC tank oscillator
US7113043B1 (en) * 2004-06-16 2006-09-26 Marvell International Ltd. Active bias circuit for low-noise amplifiers
TWI266166B (en) * 2004-12-16 2006-11-11 Realtek Semiconductor Corp Source follower and stabilizing current feedback circuit thereof
US7479838B1 (en) * 2005-05-25 2009-01-20 Athas William C Energy efficient waveform generation using tuned resonators
US8451071B2 (en) * 2008-11-24 2013-05-28 Raytheon Company Low noise oscillators
US9330214B2 (en) * 2014-01-10 2016-05-03 International Business Machines Corporation Phase noise reduction in voltage controlled oscillators

Also Published As

Publication number Publication date
EP3373449A1 (en) 2018-09-12
US10411648B2 (en) 2019-09-10
US20180262160A1 (en) 2018-09-13
EP3373449B1 (en) 2020-10-07
JP2018152845A (ja) 2018-09-27
KR102047182B1 (ko) 2019-11-20
KR20180103753A (ko) 2018-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100581056C (zh) 不受温度变化及供应电压变化影响的稳定振荡器
CN107294506B (zh) 晶体振荡器电路
US10505525B2 (en) Series-resonance oscillator
Bose et al. A stacked-inverter ring oscillator for 50 mV fully-integrated cold-start of energy harvesters
US10411649B2 (en) Low-power crystal oscillator operating in class B with positive feedback and a step-down voltage regulator
JP6531191B2 (ja) 電子発振器
CN114430263A (zh) 一种振荡器
CN110336558B (zh) 振荡电路和集成电路
CN108933594B (zh) 压控振荡器及锁相环
JP2011244086A (ja) 発振回路
US11239795B2 (en) Fully integrated oscillator for ultra low voltage applications with quadrupled voltage and low phase noise
JP2005086664A (ja) 発振回路及び半導体集積回路
US10917046B2 (en) Electronic circuit performing push-pull operation and oscillator including the same
CN114337548A (zh) 晶体振荡电路、集成电路及电子设备
KR20100025789A (ko) 무선통신용 주파수 체배기 및 이의 구동방법
CN114006615B (zh) 一种快速起振的晶振电路及控制方法
Jia et al. A fully-integrated LC-oscillator based buck regulator with autonomous resonant switching for low-power applications
CN110932670B (zh) 振荡器电路以及相关的振荡器装置
CN111162736B (zh) 压控振荡器
Schormans et al. Intermittent Excitation of High-Q Resonators for Low-Power High-Speed Clock Generation
JP2009206646A (ja) 発振回路
JP2017135657A (ja) レベルシフト回路
Fried et al. Reduced power consumption and EMI, High efficiency high frequency crystal oscillator
CN115733444A (zh) 一种电流复用低功耗低频振荡器
EP1841057B1 (en) Power efficient single-pin harmonic oscillator with complementary active devices

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190326

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190514

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190520

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6531191

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250