JPH0427729B2 - - Google Patents

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JPH0427729B2
JPH0427729B2 JP58188387A JP18838783A JPH0427729B2 JP H0427729 B2 JPH0427729 B2 JP H0427729B2 JP 58188387 A JP58188387 A JP 58188387A JP 18838783 A JP18838783 A JP 18838783A JP H0427729 B2 JPH0427729 B2 JP H0427729B2
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JP
Japan
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terminal
mos transistor
voltage
inverter
inverters
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JP58188387A
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Japanese (ja)
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JPS6080316A (en
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Iwao Ayusawa
Himio Nakagawa
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0427729B2 publication Critical patent/JPH0427729B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/03Astable circuits
    • H03K3/0315Ring oscillators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/354Astable circuits

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、直流電圧により発振周波数が制御で
きる電圧制御形発振器に係り、特にIC化に好適
な電圧制御形発振器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency can be controlled by a direct current voltage, and particularly to a voltage-controlled oscillator suitable for IC implementation.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の電圧制御形発振器の一例を第1図に示す
第1図はインバータを奇数個直列に接続し、最終
段のインバータの出力を初段の入力に帰還してな
る公知のリング発振回路を用いた例であり、図に
おいてはインバータ1,2,3を3個用いた例を
示す。インバータ1,2,3の各段の入力パルス
電圧波形4,5,6を第2図に同一番号を付して
示す。以下、第1図の発振器の原理的動作を説明
する。今、入力信号4が論理レベルの“0”レベ
ルから“1”レベルに向かつて上昇していくとす
る。入力信号4がa時点で第2図に破線で示した
しきい値電圧を越えると、インバータ1の出力レ
ベルの極性が反転するので、次段のインバータ2
の入力5はa時点から“1”レベルから“0”レ
ベルに向い、インバータ1の出力抵抗とコンデン
サ7との時定数で定まる曲線をえがいて下降す
る。なお第2図においては入力波形の過渡部を近
似的な直線を用いて示した。またインバータに公
知の相補形金属酸化半導体(CMOS)を用いれ
ば、一般に上記しきい値電圧は“1”レベルと
“0”レベルの中点電圧近傍の値となる。
An example of a conventional voltage controlled oscillator is shown in Figure 1. Figure 1 uses a known ring oscillator circuit in which an odd number of inverters are connected in series and the output of the final stage inverter is fed back to the input of the first stage. This is an example, and the figure shows an example using three inverters 1, 2, and 3. Input pulse voltage waveforms 4, 5, and 6 of each stage of inverters 1, 2, and 3 are shown in FIG. 2 with the same numbers attached. The principle operation of the oscillator shown in FIG. 1 will be explained below. Suppose now that the input signal 4 increases from the logic level "0" to the "1" level. When the input signal 4 exceeds the threshold voltage indicated by the broken line in FIG. 2 at time a, the polarity of the output level of the inverter 1 is reversed, so that
The input 5 goes from the "1" level to the "0" level from time a, and descends along a curve determined by the time constant of the output resistance of the inverter 1 and the capacitor 7. Note that in FIG. 2, the transient portion of the input waveform is shown using an approximate straight line. Furthermore, if a well-known complementary metal oxide semiconductor (CMOS) is used for the inverter, the threshold voltage will generally be a value near the midpoint voltage between the "1" level and the "0" level.

以上のようにて入力信号5の電圧が下降しb時
点でしきい値を通過すると、今度はインバータ2
の出力レベルの極性が反転する。インバータ3の
入力端には、コンデンサ8と可変容量ダイオード
9が接続されている。可変容量ダイオード9はこ
れに印加する逆方向直流電圧によりその静電容量
値が変化する特性を有する。コンデンサ8は、直
流電力カツト用であり、一般に可変容量ダイオー
ド9の容量値に比べ十分大きな容量値のものが用
いられる。そこで第1図の構成で端子10に直流
電圧を印加すれば、インバータ3の入力端に可変
容量が付いた形になる。ここで先に述べたように
してインバータ2の出力の極性が反転すると、入
力信号6はb時点からインバータ2の出力抵抗と
可変容量ダイオード9の容量値とで定まる時定数
の曲線をえがいて上昇する。入力信号6がc時点
でしきい値を越えると、今度はインバータ3の出
力の極性が反転し、インバータ1の入力信号4は
インバータ3の出力抵抗とコンデンサ11とによ
り定まる曲線をえがいて下降する。c時点以降は
上記説明と逆方向の入力レベル変動過渡部が、上
記説明と同様にしてd,e,fの各時点で伝達さ
れていき、a′時点でa時点と同一パルス位相状態
にもどる。a′時点以降は上記aからa′時点までの
動作がくり返され、第1図の回路が発振する。上
記説明した各時点間の時間差を第2図に示すよう
にt1〜t6とすれば、発振周期Tは T=t1+t2+t3+t4+t5+t6 となる。
As described above, when the voltage of input signal 5 decreases and passes the threshold at time b, inverter 2
The polarity of the output level is reversed. A capacitor 8 and a variable capacitance diode 9 are connected to the input end of the inverter 3. The variable capacitance diode 9 has a characteristic that its capacitance value changes depending on the reverse DC voltage applied thereto. The capacitor 8 is used for cutting DC power, and generally has a capacitance sufficiently larger than that of the variable capacitance diode 9. Therefore, if a DC voltage is applied to the terminal 10 in the configuration shown in FIG. 1, the input terminal of the inverter 3 will be provided with a variable capacitor. When the polarity of the output of the inverter 2 is reversed as described above, the input signal 6 rises from time point b along a time constant curve determined by the output resistance of the inverter 2 and the capacitance value of the variable capacitance diode 9. do. When the input signal 6 exceeds the threshold at time c, the polarity of the output of the inverter 3 is reversed, and the input signal 4 of the inverter 1 falls along a curve determined by the output resistance of the inverter 3 and the capacitor 11. . After time c, the input level fluctuation transient part in the opposite direction to the above explanation is transmitted at each time d, e, and f in the same way as the above explanation, and at time a' the state returns to the same pulse phase state as at time a. . After time a', the operation from a to a' is repeated, and the circuit shown in FIG. 1 oscillates. If the time difference between the above-described points is t 1 to t 6 as shown in FIG. 2, then the oscillation period T is T=t 1 +t 2 +t 3 +t 4 +t 5 +t 6 .

ここで端子10に印加する直流電圧を変化して
可変容量ダイオード9の容量値を変えると、上記
したt2およびt5の時間が変化するので発振周期T
が変化する。すなわち端子10に印加する直流電
圧により発振周波数が制御できる。なお一般には
コンデンサ7,11としてはインバータ入力部に
寄生する浮遊容量を用いることが多い。
Here, if the DC voltage applied to the terminal 10 is changed to change the capacitance value of the variable capacitance diode 9, the above-mentioned times t2 and t5 change, so the oscillation period T
changes. That is, the oscillation frequency can be controlled by the DC voltage applied to the terminal 10. Generally, as the capacitors 7 and 11, stray capacitances parasitic to the inverter input section are often used.

ところで、以上説明した従来の電圧制御形発振
器を集積回路(IC)化する場合大容量のコンデ
ンサ8あるいは可変容量ダイオード9をインバー
タ1〜3と同一のICチツプ上に形成することは
極めて困難であり、したがつてICとは別部品と
して追加する必要があり、ICの入出力端子数の
増加および部品点数の増加をまねいていた。
By the way, when converting the conventional voltage controlled oscillator described above into an integrated circuit (IC), it is extremely difficult to form the large capacitor 8 or the variable capacitance diode 9 on the same IC chip as the inverters 1 to 3. Therefore, it is necessary to add a component separate from the IC, leading to an increase in the number of input/output terminals of the IC and an increase in the number of components.

そこで、発振周波数を変化させる素子を同一
ICチツプ内に集積することの可能な電圧制御形
発振器として、CMOSインバータを奇数個直列
に接続してリング発振回路を構成し、これを構成
するインバータの内、少なくとも1個のインバー
タにおいて、このインバータを介して次段のイン
バータ入力端子に電圧を供給する径路に新たに
MOSトランジスタを直列に挿入し、この挿入し
たMOSトランジスタのゲート端子に印加する直
流電圧によりその導通抵抗を制御して、上記イン
バータ部におけるパルス遅延時間を可変できるよ
うに構成したものが提案されている。
Therefore, the elements that change the oscillation frequency are
As a voltage controlled oscillator that can be integrated into an IC chip, an odd number of CMOS inverters are connected in series to form a ring oscillator circuit, and at least one of the inverters composing this inverter A new path for supplying voltage to the next stage inverter input terminal via
A configuration has been proposed in which MOS transistors are inserted in series, and the conduction resistance is controlled by a DC voltage applied to the gate terminal of the inserted MOS transistors, so that the pulse delay time in the inverter section can be varied. .

このような従来装置の一例を第3図より説明す
る。以下の図において、第1図と同一の機能を有
するものには第1図と同一番号を付す。第3図に
おいて、第1図で論理記号で示したインバータ2
を、説明を容易にするためMOSトランジスタ回
路で示す。CMOS技術で公知のように、インバ
ータはPチヤンネルのMOSトランジスタ
(PMOS)12と、NチヤンネルのMOSトランジ
スタ(NMOS)13とを図示の如く接続して構
成される。PMOS12とNMOS13とのゲート
端子Gが共通に接続されインバータの入力端子と
なる。NMOS13の一端子は第1の電源電圧VSS
(第3図ではアース)に接続され、PMOS12の
一端子は第1の電源電圧よりも高い電圧値の第2
の電源電圧VDDに接続され、NMOS13,PMOS
12それぞれ他の一端子が共通に接続されてイン
バータの出力端子となる。
An example of such a conventional device will be explained with reference to FIG. In the following figures, parts having the same functions as those in FIG. 1 are given the same numbers as in FIG. 1. In Fig. 3, inverter 2, which is indicated by a logic symbol in Fig. 1,
is shown using a MOS transistor circuit for ease of explanation. As is well known in the CMOS technology, an inverter is constructed by connecting a P-channel MOS transistor (PMOS) 12 and an N-channel MOS transistor (NMOS) 13 as shown. Gate terminals G of the PMOS 12 and NMOS 13 are commonly connected and serve as an input terminal of the inverter. One terminal of NMOS13 is connected to the first power supply voltage V SS
(ground in Figure 3), and one terminal of the PMOS 12 is connected to the second power supply voltage, which has a higher voltage value than the first power supply voltage.
NMOS13, PMOS
12, each other one terminal is connected in common and becomes an output terminal of the inverter.

ここで、第3図の従来例においては、インバー
タ2の出力とインバータ3の入力間にPMOS1
4,NMOS15を挿入している。CMOS回路で
公知のようにインバータ2のPMOS12,
NMOS13は入力5の電圧レベルによりいずれ
か一方が導通(低抵抗)状態、他方が開放(高抵
抗)状態になる。PMOS12が導電状態
(NMOS13は開放状態)の時、VDDからPMOS
12,PMOS14とNMOS15の並列回路を介
してインバータ2の入力端に付加されたコンデン
サ16に電流が流れ、コンデンサ16が充電され
る。またNMOS13が導通状態(PMOS12は
開放状態)の時、コンデンサ16から、PMOS
14とNMOS15の並列回路、NMOS13を介
してVSS(第3図ではアース)に電流が流れ、コン
デンサ16が放電する。衆知のようにMOSトラ
ンジスタ14,15の導通抵抗値は、そのゲート
端子Gに印加する直流電圧値に依存し、PMOS
14ではゲート電圧が高いほど、またNMOS1
5ではゲート電圧が低いほどその導通抵抗値が増
大する特性を有する。したがつて、PMOS14,
NMOS15のそれぞれのゲート端子Gを制御電
圧入力端子とし、これに印加する直流電圧値をそ
れぞれ適当に変化させることにより第2図のt2
t5の時間を制御でき、第1図の従来例と同様な発
振周波数の制御が可能である。
In the conventional example shown in FIG. 3, PMOS1 is connected between the output of inverter 2 and the input of inverter 3.
4, NMOS15 is inserted. As is well known in CMOS circuits, PMOS12 of inverter 2,
Depending on the voltage level of the input 5, one of the NMOS 13 becomes conductive (low resistance) and the other becomes open (high resistance). When PMOS12 is conductive (NMOS13 is open), PMOS
12. Current flows through the parallel circuit of PMOS 14 and NMOS 15 to capacitor 16 attached to the input terminal of inverter 2, and capacitor 16 is charged. Also, when NMOS13 is in a conductive state (PMOS12 is in an open state), the PMOS
A current flows to V SS (ground in FIG. 3) through the parallel circuit of NMOS 14 and NMOS 15 and NMOS 13, and capacitor 16 is discharged. As is well known, the conduction resistance value of the MOS transistors 14 and 15 depends on the DC voltage value applied to the gate terminal G, and the PMOS
14, the higher the gate voltage, the higher the NMOS1
5 has a characteristic that the conduction resistance value increases as the gate voltage decreases. Therefore, PMOS14,
By using each gate terminal G of the NMOS 15 as a control voltage input terminal and appropriately changing the DC voltage value applied thereto, t 2 ,
The time t5 can be controlled, and the oscillation frequency can be controlled in the same way as in the conventional example shown in FIG.

ところで、第3図の従来例においては、コンデ
ンサ16としては、コンデンサ7,11と同様に
インバータの入力端子に寄生する浮遊容量、ある
いはCMOSのICチツプ上に生成することも容易
な小容量のコンデンサを用いることができるの
で、第3図の電圧制御形発振器はすべて同一IC
チツプ上に集積することが可能である。
By the way, in the conventional example shown in FIG. 3, the capacitor 16 is a stray capacitance parasitic to the input terminal of the inverter, similar to the capacitors 7 and 11, or a small capacitor that can be easily generated on a CMOS IC chip. The voltage controlled oscillators shown in Figure 3 are all built on the same IC.
It is possible to integrate it on a chip.

第4図に、他の従来例を示す。図において、
PMOS12,NMOS13は第2図のインバータ
2と等価な動作をする。ここでPMOS12が導
通状態の時には、VDDから、PMOS12,PMOS
14を介してコンデンサ16に電流が流れる。ま
たNMOS13が導通状態の時には、コンデンサ
16から、NMOS15,NMOS13を介してア
ースに向けて電流が流れる。第3図と同様に
PMOS14,NMOS15のゲート端子Gにそれ
ぞれ制御電圧を印加することにより、第4図の構
成で電圧制御形発振器が実現できる。また第4図
の電圧制御形発振器も第3図の説明から明らかな
ように同一ICチツプ上にすべて集積可能である。
FIG. 4 shows another conventional example. In the figure,
The PMOS 12 and NMOS 13 operate equivalent to the inverter 2 shown in FIG. Here, when PMOS12 is conductive, PMOS12 , PMOS
A current flows into the capacitor 16 via the capacitor 14 . Further, when the NMOS 13 is in a conductive state, a current flows from the capacitor 16 to the ground via the NMOS 15 and the NMOS 13. Similar to Figure 3
By applying control voltages to the gate terminals G of the PMOS 14 and NMOS 15, a voltage controlled oscillator can be realized with the configuration shown in FIG. Furthermore, as is clear from the explanation of FIG. 3, the voltage controlled oscillators shown in FIG. 4 can all be integrated on the same IC chip.

第5図に、更に他の従来例を示す。第5図の従
来例は、コンデンサ16の充電経路、放電経路の
うち一方にのみ導通抵抗値が制御されるMOSト
ランジスタを挿入した一例であり、図示の構成は
放電経路にNMOS15を挿入している。第5図
の各部におけるパルス波形を第6図に示す。
FIG. 5 shows still another conventional example. The conventional example shown in FIG. 5 is an example in which a MOS transistor whose conduction resistance value is controlled is inserted in only one of the charging path and the discharging path of the capacitor 16, and the illustrated configuration has an NMOS 15 inserted in the discharging path. . FIG. 6 shows pulse waveforms at each part in FIG. 5.

第5図の従来例においては、NMOS15のゲ
ート端子Gに印加する直流電圧により、インバー
タ3の入力信号6の電圧が“1”レベルから
“0”レベルに変わる部分の時定数のみが変化す
るので、第6図にt5で示した時間のみを可変する
ことで周波数制御が実現される。
In the conventional example shown in FIG. 5, only the time constant of the portion where the voltage of the input signal 6 of the inverter 3 changes from the "1" level to the "0" level changes due to the DC voltage applied to the gate terminal G of the NMOS 15. , frequency control is realized by varying only the time shown as t5 in FIG.

先に説明した第3図,第4図の従来例において
は、周波数制御のための直流電圧がPMOS14
用とNMOS15用の2系統必要であるが、第5
図の従来例においてはNMOS15用の1つの制
御電圧で周波数制御ができる。
In the conventional examples shown in FIGS. 3 and 4 described above, the DC voltage for frequency control is
Two systems are required, one for NMOS15 and one for NMOS15, but the fifth
In the conventional example shown in the figure, frequency control is possible with one control voltage for the NMOS 15.

なお、一般に第3図,第4図,第5図の
CMOSインバータ1,2あるいは3は、入力パ
ルスが“0”レベルから“1”レベルに変わる部
分での入力パルス、出力パルス間の遅延時間と、
入力パルスが“1”レベルから“0”レベルに変
わる部分での上記遅延時間とがほぼ同一となるよ
うに設計される。すなわちインバータ1において
はt1とt4、インバータ3においてはt3とt6がほぼ
同一時間となる。したがつて第3図,第4図の従
来例においては、PMOS14とNMOS15のゲ
ート端子Gの印加電圧を、第2図のt2とt5が同一
になるようそれぞれ設定すれば、周波数を変えて
も発振器から得られる発振パルスの半サイクル毎
の時間をほぼ同一に保つことができる。すなわち
次式の関係を保つて周波数の制御が原理的には可
能である。
In addition, in general, Figures 3, 4, and 5
The CMOS inverter 1, 2 or 3 has a delay time between the input pulse and output pulse at the part where the input pulse changes from "0" level to "1" level,
It is designed so that the delay time at the portion where the input pulse changes from the "1" level to the "0" level is approximately the same. That is, in inverter 1, t 1 and t 4 are approximately the same time, and in inverter 3, t 3 and t 6 are approximately the same time. Therefore, in the conventional examples shown in Figs. 3 and 4, if the voltages applied to the gate terminals G of PMOS 14 and NMOS 15 are respectively set so that t 2 and t 5 in Fig. 2 are the same, the frequency can be changed. However, the time for each half cycle of the oscillation pulse obtained from the oscillator can be kept approximately the same. That is, it is theoretically possible to control the frequency while maintaining the following relationship.

t1+t2+t3≒t4+t5+t6≒T/2 ……(2) ところが、第5図の従来例においては、第6図
のt5のみが変化して周波数が変わるろで、発振器
の発振パルス波形は半サイクル毎に時間が変わつ
てしまう。
t 1 + t 2 + t 3 ≒ t 4 + t 5 + t 6 ≒ T/2 ...(2) However, in the conventional example shown in Fig. 5, only t 5 in Fig. 6 changes and the frequency changes. The time of the oscillation pulse waveform of the oscillator changes every half cycle.

以上説明したように、第3図,第4図の従来例
では、両者とも、PMOS14とNMOS15との
2種の相異なる導電形のMOSトランジスタを導
通抵抗制御素子として用いている。このため、
PMOS14の制御用とNMOS15の制御用とに、
電圧値だけでなく周波数制御時の電圧値増減方向
も異なる2系統の制御用直流電圧が必要となる。
As explained above, both of the conventional examples shown in FIGS. 3 and 4 use MOS transistors of two different conductivity types, PMOS 14 and NMOS 15, as conduction resistance control elements. For this reason,
For controlling PMOS14 and controlling NMOS15,
Two systems of control DC voltages are required, which differ not only in voltage value but also in the direction of increase/decrease in voltage value during frequency control.

ここで、第3図あるいは第4図の構成で、出力
4にパルスデユーテイほぼ50%の出力を得るため
には、PMOS14とNMOS15の導通抵抗値を
ほぼ同一とする必要がある。よつて、発振周波数
可変時に常にパルスデユーテイをほぼ一定に保つ
ためには、PMOS14とNMOS15との導通抵
抗値可変特性をほぼ同一にそろえなければならな
い。このため、PMOS14とNMOS15の素子
サイズの選定あるいは前記2系統の制御用電圧を
生成する回路の設計に極めてデリケートな配慮が
必要であり、またIC化時に上記した導通抵抗値
可変特性のバランスがくずれやすく、所望の特性
が得られにくい等の実現上の問題があつた。
Here, in the configuration shown in FIG. 3 or 4, in order to obtain an output with a pulse duty of approximately 50% at the output 4, it is necessary to make the conduction resistance values of the PMOS 14 and the NMOS 15 approximately the same. Therefore, in order to keep the pulse duty almost constant when changing the oscillation frequency, the conduction resistance value variable characteristics of the PMOS 14 and the NMOS 15 must be made almost the same. For this reason, extremely delicate consideration is required in selecting the element sizes of PMOS14 and NMOS15 and in designing the circuit that generates the control voltages for the two systems, and when implementing the IC, the balance of the above-mentioned conduction resistance variable characteristics may be lost. However, there were problems in implementation, such as difficulty in obtaining desired characteristics.

また、第5図の従来例では一種類の導電形の
MOSトランジスタのみを導通抵抗制御素子とし
て用いるので、上記第3、第4図の従来例のよう
なバランスをとつた設計の必要はないが、パルス
デユーテイほぼ50%の出力を保つたままでの周波
数可変が不能である。
In addition, in the conventional example shown in Fig. 5, only one type of conductivity is used.
Since only the MOS transistor is used as the conduction resistance control element, there is no need for a well-balanced design like the conventional examples shown in Figures 3 and 4 above, but it is possible to vary the frequency while maintaining the pulse duty of approximately 50% output. It is impossible.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、発振周波数を変化させる素子
を同一ICチツプ内に集積することが可能であつ
て、かつ発振周波数の可変時にもパルスデユーテ
イをほぼ50%に保つた発振出力が容易に得られる
ような電圧制御形発振装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to make it possible to integrate elements that change the oscillation frequency in the same IC chip, and to easily obtain an oscillation output that maintains the pulse duty at approximately 50% even when the oscillation frequency is varied. An object of the present invention is to provide a voltage-controlled oscillator.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の要点は、CMOSインバータを奇数個
直列に接続してリング発振回路を構成し、これを
構成するインバータの内、2個あるいはこれ以上
の偶数個のインバータにおいて、そのインバータ
を介して次段のインバータ入力端子を充電する径
路にのみ新たにMOSトランジスタを直列に挿入
する、あるいは上記偶数個のインバータにおいて
そのインバータを介して次段のインバータ入力端
子を放電する径路にのみ新たにMOSトランジス
タを直列に挿入する、のいずれか一方の構成とし
たことにより、単一の直流電圧での上記挿入した
MOSトランジスタの導通抵抗値の制御すなわち
発振周波数の制御を可能とし、かつ該導通抵抗値
制御を上記偶数個のインバータ部で実行すること
で出力パルスデユーテイがほぼ50%に保持できる
ようにしたことである。
The gist of the present invention is to configure a ring oscillation circuit by connecting an odd number of CMOS inverters in series, and to connect two or more even number of inverters to the next stage through the inverter. Insert a new MOS transistor in series only in the path that charges the inverter input terminal, or connect a new MOS transistor in series only in the path that discharges the inverter input terminal of the next stage through that inverter in the even number of inverters mentioned above. By inserting one of the above into a single DC voltage,
By making it possible to control the conduction resistance value of the MOS transistor, that is, to control the oscillation frequency, and by performing the conduction resistance value control using the even number of inverter sections, the output pulse duty can be maintained at approximately 50%. .

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第7図には、1つの周波数制御用電圧での制御
も可能で、かつ発振パルスの半サイクル毎の時間
を同一に保つことが可能な実施例を示す。
FIG. 7 shows an embodiment in which control with one frequency control voltage is possible and the time of each half cycle of the oscillation pulse can be kept the same.

第7図においては、第5図のインバータ1に代
えてPMOS12,NMOS13,15で構成した
回路と同一の構成であるPMOS12′,NMOS1
3′,15′の回路を用いている。この実施例で
は、コンデンサ16の放電時定数の制御と同様に
コンデンサ7の放電時定数も制御される。第8図
に第7図の各部パルス波形を示す。第7図で
PMOS12′,NMOS13′,15′に、それぞれ
PMOS12,NMOS13,15と同一の電気特
性を持つMOSトランジスタを用い、コンデンサ
7とコンデンサ16との容量が同一となるように
設計することは現状のCMOS技術で実現可能で
ある。このようにすれば第8図のt2とt4はほぼ同
一となる。またNMOS15と15′のゲート端子
Gを共通に接続して制御電圧入力端子10とし、
これに印加する直流電圧を変化させて発振周波数
を変えても、第8図のt1とt5がほぼ同一になるの
で、前述の(2)式の関係が保たれる。したがつて、
インバータ3の出力から発振器出力を取れば、発
振周波数によらず半サイクル毎の時間がどの半サ
イクルによらずほぼ一定(すなわち)パルスデユ
ーテイがほぼ50%)の発振出力パルスが得られ
る。
In FIG. 7, the circuit has the same configuration as PMOS12', NMOS13, and 15 instead of inverter 1 in FIG.
3' and 15' circuits are used. In this embodiment, the discharge time constant of the capacitor 7 is also controlled in the same way as the discharge time constant of the capacitor 16 is controlled. FIG. 8 shows pulse waveforms at various parts in FIG. 7. In figure 7
PMOS12', NMOS13', 15', respectively.
Using MOS transistors having the same electrical characteristics as the PMOS 12, NMOS 13, and 15, and designing the capacitor 7 and the capacitor 16 so that their capacitances are the same can be realized using current CMOS technology. If this is done, t 2 and t 4 in FIG. 8 will be almost the same. In addition, the gate terminals G of NMOS 15 and 15' are commonly connected to serve as a control voltage input terminal 10,
Even if the oscillation frequency is changed by changing the DC voltage applied to this, t 1 and t 5 in FIG. 8 become almost the same, so the above-mentioned relationship of equation (2) is maintained. Therefore,
If the oscillator output is taken from the output of the inverter 3, an oscillation output pulse can be obtained in which the time of each half cycle is approximately constant (that is, the pulse duty is approximately 50%) regardless of the oscillation frequency and regardless of which half cycle.

ただし、第7図において、入力パルス5の第8
図a時点からの立下りの傾きと、入力パルス4の
c時点からの立下りの傾きが周波数の制御にとも
なつて大幅に異なつてくると、t2とt4も異なつて
しまうことが考えられる。
However, in FIG. 7, the 8th pulse of input pulse 5
If the slope of the fall from time a in the diagram and the slope of the fall of input pulse 4 from time c become significantly different due to frequency control, it is possible that t 2 and t 4 will also differ. It will be done.

すなわち、入力パルス5の立下りの傾きが極度
にゆるやかになつた場合、パルス6を出力するイ
ンバータのゲインが不足し、パルス6のb時点か
らの立上りの傾きが急激にゆるやかになつてしま
う。一方パルス5の立上りはインバータ3がバツ
フアアンプの働きをするので傾きの変化はすくな
い。
That is, if the slope of the fall of the input pulse 5 becomes extremely gradual, the gain of the inverter that outputs the pulse 6 will be insufficient, and the slope of the rise of the pulse 6 from time point b will suddenly become gradual. On the other hand, at the rising edge of pulse 5, since inverter 3 acts as a buffer amplifier, the slope does not change much.

この結果、パルス5とパルス6との波形対称性
がくずれ、特にパルス6が最高電位に達する以前
にe時点が到来してしまうとt1とt5のアンバラン
スが発生してパルス4のデユーテイ安定化性能が
劣化する。
As a result, the waveform symmetry between pulses 5 and 6 is lost, and especially if time e arrives before pulse 6 reaches its highest potential, an imbalance between t 1 and t 5 will occur and the duty of pulse 4 will be reduced. Stabilization performance deteriorates.

これを防止するためには、パルス5の出力部に
バツフアアンプとしてインバータを挿入すれば良
い。例えば第7図の例では、導通抵抗制御素子と
してNMOSのみを用いた例を示したが、NMOS
の代わりにPMOSのみを用い、コンデンサの充
電経路の時定数のみを変化させるような構成の電
圧制御形発振器も実現可能であることは、第4
図,第5図,第7図の説明から明らかである。
In order to prevent this, an inverter may be inserted as a buffer amplifier into the output section of the pulse 5. For example, in the example shown in Figure 7, an example was shown in which only NMOS was used as the conduction resistance control element, but NMOS
The fourth point is that it is possible to realize a voltage-controlled oscillator that uses only PMOS instead of the oscillator and changes only the time constant of the capacitor charging path.
This is clear from the description of FIGS. 5, 5, and 7.

さらに、コンデンサの充電経路あるいは放電経
路のいずれか一方のみの導通抵抗を制御してなる
電圧制御形発振器においては、第7図の実施例の
ように導通抵抗の制御機能を付加したインバータ
を2個以上の偶数個用いれば、第7図で説明した
ように1つの直流電圧で発振周波数の制御が可能
で、かつ発振器出力として発振周波数によらずほ
ぼ50%デユーテイを持つパルスが得られるような
電圧制御形発振器が容易に構成できる。上記導通
抵抗の制御機能を付加したインバータを2個用い
た場合は第7図で説明したが、これを2個より大
きな偶数個用いても同様な効果が得られることを
以下に説明する。
Furthermore, in a voltage controlled oscillator that controls the conduction resistance of only either the charging path or the discharge path of the capacitor, two inverters each having a function of controlling the conduction resistance are used as shown in the embodiment shown in FIG. If an even number of the above is used, the oscillation frequency can be controlled with one DC voltage as explained in Figure 7, and a voltage that can obtain a pulse with approximately 50% duty as the oscillator output regardless of the oscillation frequency. A controlled oscillator can be easily constructed. The case where two inverters with the above-mentioned conduction resistance control function are used has been described with reference to FIG. 7, but it will be explained below that the same effect can be obtained even if an even number of inverters greater than two are used.

第9図は3以上の任意の奇数個のインバータを
用いてリング発振回路を構成し、このうち2個の
インバータに上記一方向の導通抵抗制御機能を付
加した場合を示す。導通抵抗制御インバータを以
降の図においては論理記号に矢印を付して示す。
FIG. 9 shows a case where a ring oscillation circuit is constructed using an arbitrary odd number of three or more inverters, and two of these inverters are provided with the above-mentioned unidirectional conduction resistance control function. In the subsequent figures, the conduction resistance controlled inverter is shown with an arrow attached to the logic symbol.

第9図で示すように、合計のインバータ数が奇
数であることから、2個の矢印付インバータの入
力〜出力間の一方は0を含む偶数個、他方は奇数
個の通常の(矢印なし)インバータで接続され
る。この時第7図の実施例の説明から明らかなよ
うに、奇数個の通常のインバータで結ばれている
矢印付インバータの出力〜入力間のいずれかの部
分から直接あるいは通常のインバータを介してパ
ルスデユーテイ50%の発振器出力が取出せる。
As shown in Figure 9, since the total number of inverters is an odd number, one of the inverters with arrows has an even number including 0 between the input and output, and the other has an odd number of ordinary (no arrow) Connected with an inverter. At this time, as is clear from the explanation of the embodiment shown in FIG. 50% oscillator output can be extracted.

次に、第9図に更に2組の導通抵抗制御インバ
ータを追加した場合を考える。第9図の通常のイ
ンバータの内の任意の2個を矢印付として、これ
を並びかえると第10図a、あるいはbのいずれ
かになる。なお以降の図では通常のインバータ部
分は論理記号を省略して破線で示し、そのインバ
ータ数のみの0を含む偶数あるいは奇数であるこ
とを「偶」あるいは「奇」で示した。
Next, consider the case in which two sets of conduction resistance control inverters are added to FIG. If any two of the normal inverters in FIG. 9 are marked with arrows and rearranged, either a or b in FIG. 10 will be obtained. Note that in the subsequent figures, normal inverter parts are shown by broken lines without logic symbols, and "even" or "odd" indicates that the number of inverters is even or odd, including only 0.

第10図a,bから、矢印付インバータ4個使
用の時、矢印付インバータの入出力が奇数個の通
常インバータで接続される経路であり、かつこの
経路でリング発振回路のループを切断した時、入
出力間が偶数個のインバータ(矢印付含む)で接
続された2個ずつの矢印付インバータの組で回路
が構成されるような経路が必ず存在することがわ
かる。第10図a,bで〇印を付した「奇」で示
す経路がそれである。
From Figure 10a and b, when four inverters with arrows are used, the input and output of the inverters with arrows are connected by an odd number of normal inverters, and the loop of the ring oscillation circuit is cut in this route. , it can be seen that there is always a path in which a circuit is constituted by a set of two inverters with arrows connected between input and output by an even number of inverters (including those with arrows). This is the route indicated by "odd" marked with a circle in FIGS. 10a and 10b.

上記経路の矢印付インバータの入出力間のいず
れかの部分から先述の如くして発振器出力を取出
せば、上記2個ずつ組合された矢印付インバータ
の1組で可変される2つのインバータ遅延時間が
発振器出力の半サイクル毎に振分けられるので、
パルスデユーテイ50%の出力を得ることが可能と
なる。また第10図aでは〇印を付した「偶」の
部分からも同様な発振器出力が得られる。
If the oscillator output is extracted as described above from any part between the input and output of the inverters with arrows in the above path, the two inverter delay times that can be varied by one set of the two inverters with arrows are combined. Since it is distributed every half cycle of the oscillator output,
It is possible to obtain an output with a pulse duty of 50%. Further, in FIG. 10a, a similar oscillator output can be obtained from the "even" portion marked with a circle.

以下、2以上の任意の偶数個の矢印付インバー
タを用いて上記効果が得られることを説明する。
Hereinafter, it will be explained that the above effect can be obtained using any even number of inverters with arrows of 2 or more.

第11図は3以上の任意の奇数のインバータを
用いたリング発振回路を示す。インバータ総数が
奇数個であるので、このインバータのうち偶数個
に矢印付インバータを用いた場合、矢印付インバ
ータの入出力間が偶数個の通常インバータで結ば
れる部分が必ず存在する。この部分を第11図に
アンダーラインを付けた「偶」で示す。
FIG. 11 shows a ring oscillation circuit using an arbitrary odd number of inverters of three or more. Since the total number of inverters is an odd number, if arrowed inverters are used as an even number of these inverters, there will always be a portion where the input and output of the arrowed inverters are connected by an even number of normal inverters. This portion is indicated by an underlined "even" in FIG.

上記「偶」で結ばれた矢印付インバータA,B
のもう一方の入出力間すなわちBの出力〜Aの入
力間は奇数個のインバータで結合される。
Inverters A and B with arrows connected by the above “even”
The other input/output of , that is, the output of B and the input of A are coupled by an odd number of inverters.

次にA,Bと通常インバータのみで接続される
2個の矢印付インバータC,Dを追加して考える
Cの出力〜Dの入力間が偶数個のインバータで結
ばれていれば、Dの出力〜Cの入力間で発振器出
力をとればA,B,C,Dのインバータ遅延時間
が半サイイクル毎に同数ずつ振分けられる。この
ようにして矢印付インバータを2個ずつ追加して
いつた時、新たに追加した矢印付インバータ入出
力間の偶数個のインバータ(矢印付含む)で接続
された部分に、これ以前の矢印付インバータがす
べて含まれるようになつていれば、最終に追加し
て考えた矢印付インバータの入出力間の奇数個の
通常インバータで接続された部分からパルスデユ
ーテイ50%の発振器出力が得られる。
Next, consider adding two inverters C and D with arrows, which are normally connected to A and B only by inverters.If the output of C and the input of D are connected by an even number of inverters, the output of D If the oscillator output is taken between the inputs of ~C, the same number of inverter delay times of A, B, C, and D are distributed every half cycle. When adding two inverters with arrows in this way, the part connected by an even number of inverters (including those with arrows) between the input and output of the newly added inverter with arrows will be connected to the inverter with arrows before this. If all are included, an oscillator output with a pulse duty of 50% can be obtained from the part connected by an odd number of ordinary inverters between the input and output of the inverter with an arrow added at the end.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電圧制御形発振器がMOSト
ランジスタのみあるいはMOSトランジスタと小
容量のコンデンサのみで構成できるので、発振器
をすべて1チツプのIC上に集積することが可能
になり、回路部品の低減に効果がある。
According to the present invention, the voltage controlled oscillator can be configured with only MOS transistors or only MOS transistors and small capacitance capacitors, making it possible to integrate all the oscillators on one chip IC, which reduces the number of circuit components. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図,第3図,第4図および第5図は従来の
電圧制御形発振器を示す構成図、第2図および第
6図は第1図および第5図に示す構成図の主要部
の各部波形図、第7図は本発明の一実施例を示す
構成図、第8図は第7図の構成図の各部波形図、
第9図,第10図,第11図はそれぞれ本発明の
効果を説明するための簡略化した構成図である。 12,12′,14,14′…Pチヤンネル
MOSトランジスタ、13,13′,15,15′
…NチヤンネルMOSトランジスタ。
Figures 1, 3, 4 and 5 are block diagrams showing conventional voltage controlled oscillators, and Figures 2 and 6 are main parts of the block diagrams shown in Figures 1 and 5. A waveform diagram of each part, FIG. 7 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a waveform diagram of each part of the configuration diagram of FIG. 7,
FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 are simplified configuration diagrams for explaining the effects of the present invention, respectively. 12, 12', 14, 14'...P channel
MOS transistor, 13, 13', 15, 15'
...N-channel MOS transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 PチヤンネルMOSトランジスタとNチヤン
ネルMOSトランジスタのゲート端子を共通に接
続して入力端子とし、上記PチヤンネルMOSト
ランジスタの一端子を第1の電源に接続し他の端
子を出力端子とし、また上記NチヤンネルMOS
トランジスタの一端子を第2の電源に接続し他の
端子を出力端子とする論理ゲートが、奇数個、直
列リング状に接続された構成を有する電圧制御形
発振装置は次のものを備えて構成される。 a 第1の論理ゲート 装置内に2個以上の偶数個が備えられる。 個々の論理ゲートは、 上記PチヤンネルMOSトランジスタを介し
第1の電源と次段の論理ゲートの入力端子とが
接続される第1の導電路と、 上記NチヤンネルMOSトランジスタを介し
第2の電源と次段の論理ゲートの入力端子とが
接続される第2の導電路と、 そのゲート端子に印加される電圧により導電
抵抗が変化される2端子を有するMOSトラン
ジスタと、 を有する。 上記MOSトランジスタの上記2端子は、上
記第1の導電路と上記第2の導電路とのいずれ
か決まつた一方の導電路に直列に接続される。 上記MOSトランジスタのゲート端子は、2
個以上の偶数個の論理ゲート間で共通に接続さ
れ、ここに制御電圧が印加される。 b 第2の論理ゲート 装置内に奇数個が備えられる。 PチヤンネルMOSトランジスタとNチヤン
ネルMOSトランジスタは、その出力端子が共
通に接続される。 2 上記第2の論理ゲートは、隣接する第1の論
理ゲート間に設けられることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の電圧制御形発振装置。
[Claims] 1. The gate terminals of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are commonly connected to serve as an input terminal, one terminal of the P-channel MOS transistor is connected to a first power supply, and the other terminal is an output terminal. as a terminal, and also as the above N-channel MOS
A voltage-controlled oscillator having a configuration in which an odd number of logic gates are connected in series in a ring shape, with one terminal of a transistor connected to a second power source and the other terminal serving as an output terminal, is configured with the following: be done. a First logic gate An even number of two or more is provided in the device. Each logic gate has a first conductive path connecting the first power supply and the input terminal of the next stage logic gate through the P-channel MOS transistor, and a second power supply through the N-channel MOS transistor. The second conductive path is connected to an input terminal of a next-stage logic gate, and a MOS transistor has two terminals whose conductive resistance is changed by a voltage applied to the gate terminal. The two terminals of the MOS transistor are connected in series to one of the first conductive path and the second conductive path. The gate terminal of the above MOS transistor is 2
It is commonly connected between an even number of logic gates, and a control voltage is applied thereto. b Second logic gates An odd number of them are provided in the device. The output terminals of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are commonly connected. 2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the second logic gate is provided between adjacent first logic gates.
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