JPH03252216A - 電圧制御発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は温度に拘らず安定して所定の周波数で発振可能
な発振装置に関する。

［従来の技術］ 入力信号に同期して所定周波数の信号を発生する場合、
ＰＬＬ回路が用いられることが多い。そして、このＰＬ
Ｌ回路においては、入力信号と発振出力信号との位相誤
差電圧に対応して、電圧制御発振回路（Ｖ　ＣＯ）の発
振周波数と位相が制御されるようになっている。

この電圧制御発振回路としては、動作温度によって発振
周波数が変化しないように、温度に対して安定した部品
等が用いられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ＣＭＯＳインバータを用いたリングオシ
レータは、温度による発振周波数の変動が大きいため、
電圧制御発振回路に用いられることが少なかワた。また
、仮に用いる場合は、温度補償のための回路を付加する
必要が生じ、構成が複雑になるとともに、コスト高とな
る欠点があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、ＣＭ
ＯＳインバータを用いたリングオシレータにより、構成
が簡単で、安価であり、しかも温度に対して安定した電
圧制御発振装置を実現するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電圧制御発振装置は、複数段接続されたＣＭＯ
Ｓインバータよりなるリングオシレータ型の電圧制御発
ｊＭ、回路と、ゲートとドレイン間が相互に接続された
ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴと、ＭＯＳＦＥＴに接続され
た抵抗と、抵抗に流れる電流に対応した電圧を反転して
増幅する増幅回路と、増幅回路の出力を所定の側扉信号
に加算して、電圧制御発振回路に出力する加算器とを備
える。

〔作用］ 上記構成の電圧制御発振装置においては、Ｐチャンネル
ＭＯＳＦＥＴの温度特性により、ＣＭＯＳインバータの
温度特性が補償される。

従って、構成が簡単で安価な、温度変化に対して安定し
た装置を実現することができる。

［実施例コ 第１図は本発明の電圧制御発振装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。

電圧制御発振回路１２は、ＦＥＴ１３ａと１４ａからな
るＣＭＯＳインバータ１５ａか、複数段（ｎ段：ｎは奇
数）縦続接続されて構成されている。

この電圧制御発振回路１２の端子１１には、端子１０よ
り抵抗１（Ｒ１）を介して制御電圧が供給される。

ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ７のソースは所定の電圧源Ｖ
ＤＤに接続され、ゲートとドレインは相互に接続きれて
いる。また、ＭＯＳＦＥＴ７のドレインは可変抵抗８を
介して接地きれている。ＭＯＳＦＥＴ７のドレインと可
変抵抗８の接続点９ば、抵抗４（Ｒ，）を介して演算項
＄ｇＭ５の反転入力端子に接続されている。演算増幅器
５の非反転入力端子には基準電圧発生器６が出力する基
準電圧■、が供給されている。演算増幅器５の出力端子
は、帰還抵抗３（Ｒ３）を介して反転入力端子に接続さ
れているとともに、抵抗２（Ｒｚ）を介して端子１１に
接続されている。

演算増幅器５は抵抗３．４とともに、信号を反転増幅す
る増幅回路を構成し、抵抗１と２は加算器を構成してい
る。

次に、その動作を説明する。

端子１１には、端子１０．　　抵抗１を介して所定の電
圧の制御電圧が入力される。これにより、電圧制御発振
回路１２はＨ御電圧に対応した周波数で発振動作する。

一方、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ７を介して抵抗８に流
れるドレイン電流■０に対応して、接続点９に電圧■。

が発生する。この電圧■。は演算増幅器５、抵抗３と４
よりなる増幅回路１６により反転増幅され、抵抗２を介
して端子１１に入力され、制御電圧に重畳（加算）され
る。

温度が上昇すると、リングオシレータ型の電圧制御発振
回路１２の発振周波数が低下すると同時に、Ｐチャンネ
ルＭＯＳＦＥＴ７のドレイン電流Ｉ。、従って、電圧Ｖ
０が低下する。電圧Ｖｏが低下すると、電圧Ｖ０を反転
増幅するので増幅回路１６の出力電圧が上昇する。これ
により、温度上昇すると、端子１１に印加される電圧が
上昇し、電圧制御発振回路１２の発振周波数が上昇きれ
る。その結果、結局、電圧制御発振回路１２の発振周波
数は、温度上昇にも拘らず一定となる。

温度が低下したとき、上述した場合とは逆に動作し、や
はり発振周波数が一定になるようにサーボがかかる。

以上の動作を数式を用いてさらに説明する。

ＣＭＯＳインバータ１５ｉにおける対遅延時間ＴＤは、 ＴＤ＃０．９（τＮ／（１−αＮ）２＋でｐ／（１−ａ
ｐ）”）・・・（１）となる。ここで、 τ　ｐ：ｃｏｕｔ／　（βｐＶ＋）：２ＬｔｏｘＣｏｕ
ｔ／（εｏｘｕｐＷＶｉ）・・・（２） ｖ　５＝ｃｏｕｔ／　（βＮＶ＋）＝２ＬｔｏｘＣｏｕ
ｔ／（εｏｘｕ　ＮＷＶｉ）・・・（３） ａ　５＝ＶｔｈＮ／Ｖｉ　　　　　　　　　　　　　　
”　・（４）ａ　ｐ＝ｌＶｔｈｐｌ／Ｖｉ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・（５）と
なる。

尚、各符号は、それぞれ次の事項を表わしている。

ＣｏｕｔＦ全負荷容量 βｐｏｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧対ドレイ
ン電流比の係数 βＮ＝ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧対ドレイ
ン電流比の係数 ｖｉ：端子１１の電圧 Ｌ：ゲート長 ｔｏｘ　：ゲート酸化膜厚 εＯｘ：ゲート酸化膜厚の誘電率 ｕｐ：ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのキャリア移動度μＮ
ＵＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのキャリア移動度Ｖ：ゲー
ト輻 ＶｔｈＮ：ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのスレッショルド
電圧 Ｖｔｈｐ：ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのスレッショルド
電圧 リングオシレータの発振周波数ｆは、 ｆ＝１／（ｎＴＤ） ＝１／［０，９ｎ（ｒ　Ｎ／（１−ａ　Ｎ）”＋ｒ　ｐ
／（１−ａ　ｐ）２）］＝（１−ａ　Ｎ）２（１−（Ｉ
　ｐ）２／［０，９ｎ（ｒ　５（１−ａ　ｐ）”＋τｐ
（１−α、）２）］ ＝（（１−ａＮ）２（１−ａｐ）”／［０，９ｎ（（１
−ａｐ）２＋でｐ（１−αＮ）　２／τＮ）　］）　（
１／τＮ）・・・（６） となる。

ここで、 μ＝ｕＮ＝μｐ１１８″（７） τ：τ９＝τｐ　　　　　　　　　　　　　　φΦ−（
８）であるとすると、（６）式より、次式が成立する。

ｆＣＣ１／τ　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
ｆａ：μ　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１０
）一方、第２図に示すような回路におけるドレイン電流
工。は次式より求められる。

Ｉ　ｎ”−［（ｕ　ｐεｏｘ）／（２ｔｏｘ）］　（Ｉ
Ｊ／Ｌ）　（Ｖａｓ−Ｖｔｈｐ）”・・・（１１） ここでＶｏｌｔはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ７のゲート
、ソース間の電圧である。

ところで、抵抗８の抵抗値をＲとすると、Ｖａ＝ＲＩｏ
　　　　　　　　　　　　　　　　・”（１２）Ｖｏ”
Ｖｏｏ−Ｖａｓ　　　　　　　　　　　　　　−−−（
ｉ３）であるから、次式が成立する。

Ｉｏ＝Ｖｏ／Ｒ＝−（（ｕ　ｐ　Ｅｏｘ）／　（２ｔｏ
ｘ））　（Ｗ／Ｌ）（Ｖｏｏ−Ｖｏ−Ｖ　ｔｈｐ）　”
　　　　　　　　　　　　　・・・（１４）この（１４
）式は、次の（１５）、（１６）式のように書き換えら
れる。

−（Ｃｕ　Ｐ　Ｅ　ＯＸ）　／　（２ｔｏｘ））　（Ｗ
／Ｌ）Ｖｏ″−Ｖｏ／Ｒ”２（（ｕ　Ｐ　Ｅ　ＯＸ）／
　（２ｔｏｘ）　）（Ｗ／Ｌ）Ｖｏ　（ｖｏｏ−ｖｔｈ
ｐ）−（（ｕ　ｐ　ｔ　ｏｘ）／　（２ｔｏｘ）　）　
（Ｖ／Ｌ）　（Ｖｏｏ−Ｖｔｈｐ）　ｘ＝Ｑ・・・（１
５） （（ｕ　ｐ　Ｅｏｘ）／　（２ｔｏｘ）　）　（Ｗ／Ｌ
）　Ｖｏ２◆［１／Ｒ＋（（ｕ　ｐ　ｅ：　ｏｘ）／（
ｔｏｘ））（ＩＪ／Ｌ）（ＶＤｎ−ＶｔｈＰ）］Ｖ。

”　（（ｕ　ｐ　Ｅｏｘ）　／　（２ｔｏｘ））　（Ｖ
／Ｌ）　（Ｖａｎ−ＶｔｈＰ）　”＝０・・・（１６） ここで、 Ａ＝（（ａｐ　Ｅｏｘ）／　（２ｔｏｘ）　）　（Ｗル
）　　　　　　−−−（１７）とすると、 Ｖｏ＝（１／　（２Ａ）　）　［（２Ａ（Ｖｏｏ−Ｖｔ
ｈＰ）−１／Ｒ）±（（１／Ｒ）　２−４Ａ　（ｗｏｏ
−ｖｔｈｐ）　（１／Ｒ））　””＝（Ｖｏｏ−Ｖｔｈ
Ｐ）　−１／　（２ＡＲ）±（（１／（４Ａ”Ｒ”）−
（Ｖｏｏ−Ｖｔｈｐ）／Ｒ））””　　　−”（１８）
（９）式（（２）、（３）式）において、温度に対応し
て変動するパラメータは、移動度μＮ、μｐである〇（
４）、（５）式ニオはルＶｔｈＮ、Ｖｔｈｐも温度によ
り変動するが、発振周波数への影響が小ざいため、無視
できる。一般に、チャンネルを構成するシリコンにおけ
る移動度は、温度が上昇すると下がり、温度が下降する
と上昇する。

すなわち、温度Ｔにおける移動度をμ（Ｔ）とすると、
次式が成立する。

μ（Ｔ）＝μ（Ｔｏ）／　（Ｔ／Ｔｏ）　−・・・（１
９）ここで、 Ｔｏ＝２９８０Ｋ・・・（２０） 園″ｔ１．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（２１）である。

従って、発振周波数は温度が上昇すると下がり、温度が
下がると上昇する。

また、（１８）式より、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ７の
負荷（抵抗８）に生じる電圧は、移動度μにほぼ逆比例
し、温度が上昇すると電圧Ｖｏは下がり、温度が下がる
と電圧Ｖｏは上昇する。

増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｊ：（Ｒ＋／Ｒ４）Ｖｏ　　　　　　　　　　　
・・・（２２）であり、端子１０に入力される制御電圧
をＶａとすると、端子１１における電圧Ｖｉは、Ｖｉ＝
（（Ｖｏｕｔ−Ｖａ）／（Ｒｔ＋Ｒｚ））Ｒｔ＋Ｖａ　
　　　　　　　　　・・（２３）となる。

従って、抵抗１乃至４の抵抗Ｒ４乃至Ｒ４を適当に選定
することにより、電圧制御発振回路１２におけるゲイン
、温度補償等を、適宜調整することができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の電圧制御発振装置によれば、リ
ングオシレータを構成するＣＭＯＳインバータの温度特
性を、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの温度特性により補償
するようにしたので、温度による発振周波数の変動が少
なく、構成が簡単で安価な装置を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電圧制御発振装置の一実施例の構成を
示すブロック図、第２図は第１図における回路の一部を
抽出した回路図である。 ５・・・演算増幅蕃、７・・・ＰチャンネルＭＯＳＦＥ
Ｔ、１０．１１・・一端子、１２・・・電圧制御発振回
路、１３ａ乃至１３ｎ、１４ａ乃至１４ｎ　−Ｆ　Ｅ　
Ｔ、１５ａ乃至１５ｎ・・・ＣＭＯＳインバータ、１６
・−・増幅回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数段接続されたＣＭＯＳインバータよりなるリング
   オシレータ型の電圧制御発振回路と、ゲートとドレイン
   間が相互に接続されたＰチャンネルＭＯＳＦＥＴと、 前記ＭＯＳＦＥＴに接続された抵抗と、 前記抵抗に流れる電流に対応した電圧を反転して増幅す
   る増幅回路と、 前記増幅回路の出力を所定の制御信号に加算して、前記
   電圧制御発振回路に出力する加算器とを備える電圧制御
   発振装置。