JPH05204504A - 水晶発振回路 - Google Patents

水晶発振回路

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JPH05204504A
JPH05204504A JP4012996A JP1299692A JPH05204504A JP H05204504 A JPH05204504 A JP H05204504A JP 4012996 A JP4012996 A JP 4012996A JP 1299692 A JP1299692 A JP 1299692A JP H05204504 A JPH05204504 A JP H05204504A
Authority
JP
Japan
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channel mos
circuit
crystal oscillator
cmos inverter
power supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4012996A
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English (en)
Inventor
Takashi Arakawa
隆志 荒川
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水晶発振回路に係り、特に時計等に使用され
る低消費電力の水晶発振回路に関し、電源電圧が高い場
合に必要以上の電流消費を抑えることができ、動作電源
電圧が広範囲なアプリケーションにおいても使用可能な
水晶発振回路を提供することを目的とする。 【構成】 PチャネルMOSトランジスタ及びNチャネ
ルMOSトランジスタを備え、当該回路の入力が共通の
入力端子に、また当該回路の出力が共通の出力端子にそ
れぞれ接続される2つ以上のCMOSインバータ回路1
0,20と、入力端子と出力端子間に独立して接続され
る帰還抵抗3及び水晶振動子2とを有して構成し、第2
以降のCMOSインバータ回路20は、正電源側にPチ
ャネルMOSトランジスタ211、負電源側にNチャネ
ルMOSトランジスタ212をぞれそれ備え、外部から
の信号HVSによりスイッチング制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水晶発振回路に関し、
特に、時計等に使用される低消費電力の水晶発振回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のCMOSインバータを用いた水晶
発振回路の例を図4及び図5に示す。図4は基本的な回
路構成の水晶発振回路の回路図であり、図5は消費電力
の削減を図った水晶発振回路の回路図である。
【0003】このような従来のCOMSインバータを用
いた水晶発振回路には、電源電圧が高くなると、消費電
流が急激に増加するという問題点がある。例えば、3V
系電源に適した回路定数を持つ水晶発振回路では、5V
系電源で使用した場合、消費電流は数倍ないしは十数倍
となってしまう。これは、通常のCMOS論理回路の場
合に期待される3分の5倍の増加と比較すると極めて大
きい。
【0004】一方、5V電源に適した回路定数では、3
V電源で使用することは、安定な発振を開始するまでに
長時間を要するか、或いは発振しない可能性もあるた
め、不可能である。
【0005】従って、従来、時計機能を実現するための
水晶発振回路を有するマイクロコンピュータでは、動作
電源電圧範囲を広範囲とするために、低い動作電圧で安
定な発振をさせるように設計されてきた。このため、電
源電圧が高い場合、水晶発振回路は発振に必要な値を大
きく越える電流を消費することになる。
【0006】例えば、電子手帳といった電池を使用する
応用例では、消費電流を極小化することが望まれるが、
多画素の液晶表示器を駆動する必要上、高い動作電圧で
使用されることが多い。これに対し、動作電源電圧範囲
を細分化して、各々に対して最適化した設計を行なった
製品を用意するのは、品種数が増大し、製造管理上の煩
雑さを招く。
【0007】また、従来のマイクロコンピュータでは、
通常動作時は高速動作や表示器駆動の必要から高い電源
電圧で使用し、待機時には時計のカウント動作だけを行
なうため低い電源電圧に切り換えて消費電力の削減を図
るシステムを構成する場合がある。しかしこの場合でも
高い電源電圧で動作する際には、本来不要な電流を消費
してしまう不完全さがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
水晶発振回路では、電源電圧が高くなると、消費電流が
急激に増加するという問題点があり、例えば5V電源に
適した回路を3V電源で使用することは、安定な発振を
開始するまでに長時間を要するか、或いは発振しない可
能性があるという欠点があった。
【0009】また、従来の水晶発振回路を有するマイク
ロコンピュータでは、動作電源電圧範囲を広範囲とする
ために、低い動作電圧で安定な発振をさせるように設計
されているが、電源電圧が高い場合、水晶発振回路は発
振に必要な値を大きく越える電流を消費することにな
り、消費電力の削減を図るシステムには完全には対応で
きないという欠点があった。
【0010】本発明は、上記問題点を解決するもので、
その目的は、電源電圧が高い場合に必要以上の電流消費
を抑えることができ、動作電源電圧が広範囲なアプリケ
ーションにおいても使用可能な水晶発振回路を提供する
ことである。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の水晶発振回路の特徴は、図1に示す如く、
PチャネルMOSトランジスタ101,201及びNチ
ャネルMOSトランジスタ102,202を備え、当該
回路の入力が共通の入力端子に、また当該回路の出力が
共通の出力端子にそれぞれ接続される2つ以上のCMO
Sインバータ回路10,20と、前記入力端子と前記出
力端子間に独立して接続される帰還抵抗3及び水晶振動
子2とを具備し、前記第1のCMOSインバータ回路1
0のPチャネルMOSトランジスタ101及びNチャネ
ルMOSトランジスタ102は、前記第2以降のCMO
Sインバータ回路20のPチャネルMOSトランジスタ
201及びNチャネルMOSトランジスタ202よりも
長いチャネル長を有し、前記第2以降のCMOSインバ
ータ回路20は、正電源側にPチャネルMOSトランジ
スタ211、負電源側にNチャネルMOSトランジスタ
212をぞれそれ備え、これらMOSトランジスタ21
1,212は、外部からの信号HVSによりスイッチン
グ制御されることである。
【0012】また、本発明のマイクロコンピュータの特
徴は、図3に示す如く、請求項1に記載の水晶発振回路
を具備し、前記第2以降のCMOSインバータ回路20
のMOSトランジスタ211,212のスイッチングを
制御する信号HVSをプログラマブルに生成することで
ある。
【0013】
【作用】本発明の特徴の水晶発振回路では、図1に示す
如く、第1のCMOSインバータ回路10を電源電圧の
高い場合に適応するように、また第2以降のCMOSイ
ンバータ回路20を電源電圧の低い場合に適応するよう
に構成し、また、第2以降のCMOSインバータ回路2
0は、外部からの信号HVSの制御の下、MOSトラン
ジスタ211,212により切り離すことのできる構成
となっている。
【0014】つまり、電源電圧が低い場合には、信号H
VSを低レベルにして、第1のCMOSインバータ10
及び第2以降のCMOSインバータ20を並列に動作さ
せ、直流帰還抵抗3によりリニアアンプとして作用させ
る。この時、動作点での貫通電流の大きい第2以降のC
MOSインバータ20が増幅作用を担うことになる。
【0015】また、電源電圧が高い場合には、信号HV
Sを高レベルにして、導通時のオン抵抗が大きい第1の
CMOSインバータ10のみを作用させ、消費電流を抑
制する。
【0016】これにより、広い電源範囲に対して電力を
無駄に消費することなく動作させることが可能となる。
【0017】本発明の特徴のマイクロコンピュータで
は、図3に示す如く、請求項1に記載の水晶発振回路を
使用して、第2以降のCMOSインバータ回路20のM
OSトランジスタ211,212のスイッチング制御を
指定するために、例えばレジスタ92を設け、このレジ
スタ92の値をプログラマブルに設定して、信号HVS
を水晶発振回路91に供給している。
【0018】これにより、マイクロコンピュータの電源
電圧を変えて総合的な消費電力の低減化を図った場合に
も、水晶発振回路による過剰な電力消費を避けることが
でき、無駄な電力消費を避けるシステムを構築できる。
【0019】
【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。
【0020】図1に本発明の第1の実施例に係る水晶発
振回路の回路図を示す。
【0021】本実施例の水晶発振回路では、第1のCM
OSインバータ10を構成するPチャネルMOSトラン
ジスタ101とNチャネルMOSトランジスタ102
は、第2のCMOSインバータ20を構成するPチャネ
ルMOSトランジスタ201とNチャネルMOSトラン
ジスタ202よりも、それぞれチャネル長が長く、従っ
て導通時のオン抵抗値も大きい。
【0022】また、第2のCMOSインバータ20は、
スイッチとなるPチャネルMOSトランジスタ211と
NチャネルMOSトランジスタ212により、その動作
と電力消費を止めることができる。即ち、高電圧状態信
号HVSが高レベルであれば、PチャネルMOSトラン
ジスタ211及びNチャネルMOSトランジスタ212
はカットオフし、第2のCMOSインバータ20の電源
供給は断たれる。
【0023】本実施例の水晶発振回路を電源電圧の低い
システムで使用する場合には、高電圧状態信号HVSを
低レベルにしておく。この場合、第1のCMOSインバ
ータ10及び第2のCMOSインバータ20が並列に動
作し、直流帰還抵抗3によりリニアアンプとして働く
が、主として、動作点での貫通電流の大きい第2のCM
OSインバータ20が増幅作用を担うことになる。
【0024】また、電源電圧の高いシステムで使用する
場合には、高電圧状態信号HVSを高レベルにしてお
く、この場合、導通時のオン抵抗が大きい第1のCMO
Sインバータ10のみが働き、消費電流を抑制すること
ができる。
【0025】次に、図2に本発明の第2の実施例に係る
水晶発振回路の回路図を示す。本実施例は、第1の実施
例の水晶発振回路に対して発振停止機能を付加したもの
である。
【0026】回路外部からの発振停止信号STOPが高
レベルになると、ORゲート83を通じて、高電圧状態
信号HVSのレベルに関係なく、PチャネルMOSトラ
ンジスタ211及びNチャネルMOSトランジスタ21
2はカットオフする。更に、第1のCMOSインバータ
10には、PチャネルMOSトランジスタ81とNチャ
ネルMOSトランジスタ82が付加されて、NANDゲ
ートを構成している。発振停止信号STOPが低レベル
であれば、このNANDゲートはインバータ動作を行な
うが、高レベルになると、NANDゲート出力は高レベ
ルに固定される。したがって、発振停止信号STOPが
高レベルになると、水晶発振回路は停止し、発振回路出
力OUTは低レベルに固定される。
【0027】次に、第3の実施例として、本発明の水晶
発振回路をワンチップマイクロコンピュータに適用した
例を、図3に示す。
【0028】本実施例では、マイクロコンピュータ90
の出力ポートの1ビットを用いて、外部の電源切替回路
94の制御を行なっている。つまり、データ処理、並び
にLCDパネル95への表示を行なう通常の動作時に
は、電源切替回路94からマイクロコンピュータ90の
電源として6Vが供給され、時計のカウント動作のみを
行なう待機時には、3Vが供給される。
【0029】マイクロコンピュータ90には、水晶発振
回路91に与えられる高電圧状態信号HVSの値を保持
するレジスタ92が設けられており、このレジスタ92
の内容は、プログラムの実行により設定可能となってい
る。レジスタ92の内容が”0”の時には、高電圧状態
信号HVSとして低レベルが与えられ、内容が”1”の
時には高レベルが与えられる。また、マイクロコンピュ
ータ90にリセット信号RSETが与えられると、レジ
スタ92の内容は”0”に初期化される。
【0030】マイクロコンピュータ90のプログラム
は、キー93の操作内容を取り込んで、待機状態に入る
指令と解釈すると、LCDパネル95の表示を停止し、
レジスタ92に”0”を設定した後、電源供給を3Vに
切り替える。待機状態になると、プログラムによる時計
のカウント動作とキー93からの入力の監視を続ける。
動作再開のためのキー操作を受け付けると、電源供給を
6Vに切り替えた後、レジスタ92に”1”を設定し、
通常動作を再開する。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1のC
MOSインバータ回路を電源電圧の高い場合に適応する
ように、また第2以降のCMOSインバータ回路を電源
電圧の低い場合に適応するように構成し、また、第2以
降のCMOSインバータ回路は、外部信号の制御により
切り離すことができることとしたので、細分した電源電
圧範囲毎に最適化した発振回路を用意する必要がなくな
り、広い電源範囲に対して電力を無駄に消費することな
く動作させることの可能な水晶発振回路を提供すること
ができる。
【0032】また、本発明によれば、第2以降のCMO
Sインバータ回路のスイッチング制御の指定をプログラ
マブルに設定することとしたので、上記効果の他、電源
電圧に適した回路状態をプログラムによって選択できる
ため、マイクロコンピュータの電源電圧を変えて総合的
な消費電力の低減化を図った場合にも、水晶発振回路に
よる過剰な電力消費を避けることができ、無駄な電力消
費を避けるシステムを構築可能なマイクロコンピュータ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る水晶発振回路の構
成図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る水晶発振回路の構
成図である。
【図3】本発明の第3の実施例に係るワンチップマイク
ロコンピュータの構成図である。
【図4】従来の基本的な水晶発振回路の構成図である。
【図5】従来の消費電力の削減を図った水晶発振回路の
構成図である。
【符号の説明】
10 第1のCMOSインバータ回路 20 第2のCMOSインバータ回路 2 水晶発振子 3 直流帰還抵抗 5,371,372 抵抗 6,21,84 NOTゲート回路 83 ORゲート回路 81,101,201,211,311 PチャネルM
OSトランジスタ 82,102,202,212,312 NチャネルM
OSトランジスタ 301 CMOSインバータ回路 41,42 コンデンサ HVS 高電圧状態信号(外部信号) OUT 発振回路出力 STOP 発振停止信号 90 マイクロコンピュータ 91 水晶発振回路 92 レジスタ 93 キー 94 電源切替回路 95 LCDパネル RSET リセット信号 VR 電源供給線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PチャネルMOSトランジスタ及びNチ
    ャネルMOSトランジスタを備え、当該回路の入力が共
    通の入力端子に、また当該回路の出力が共通の出力端子
    にそれぞれ接続される2つ以上のCMOSインバータ回
    路と、前記入力端子と前記出力端子間に独立して接続さ
    れる帰還抵抗及び水晶振動子とを有し、 前記第1のCMOSインバータ回路のPチャネルMOS
    トランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタは、前
    記第2以降のCMOSインバータ回路のPチャネルMO
    Sトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタより
    も長いチャネル長を有し、 前記第2以降のCMOSインバータ回路は、正電源側に
    PチャネルMOSトランジスタ、負電源側にNチャネル
    MOSトランジスタをぞれそれ備え、これらMOSトラ
    ンジスタは、外部からの信号によりスイッチング制御さ
    れることを特徴とする水晶発振回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の水晶発振回路を有し、
    前記第2以降のCMOSインバータ回路のMOSトラン
    ジスタのスイッチングを制御する信号をプログラマブル
    に生成することを特徴とするマイクロコンピュータ。
JP4012996A 1992-01-28 1992-01-28 水晶発振回路 Withdrawn JPH05204504A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006287765A (ja) * 2005-04-04 2006-10-19 Ricoh Co Ltd 水晶発振回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006287765A (ja) * 2005-04-04 2006-10-19 Ricoh Co Ltd 水晶発振回路

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Effective date: 19990408