JPH05218743A - Cmos水晶発振回路 - Google Patents

Cmos水晶発振回路

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JPH05218743A
JPH05218743A JP1907492A JP1907492A JPH05218743A JP H05218743 A JPH05218743 A JP H05218743A JP 1907492 A JP1907492 A JP 1907492A JP 1907492 A JP1907492 A JP 1907492A JP H05218743 A JPH05218743 A JP H05218743A
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JP
Japan
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circuit
turned
oscillation
crystal oscillator
crystal
Prior art date
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Application number
JP1907492A
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English (en)
Inventor
Manabu Miura
学 三浦
Ten Shimizu
天 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発振動作の停止機能を有して高集積化が可能で
高精度なCMOS水晶発振回路を提供することを目的と
する。 【構成】水晶発振器31は水晶発振子Hと帰還抵抗Rを
並列に接続しその両端を各コンデンサCを介して低電位
側電源に接続する。CMOSインバータ回路32は前記
水晶発振子Hの両端を入出力端子間に接続することによ
り発振動作を行う水晶発振回路用増幅回路である。トラ
ンスミッションゲート21,23およびMOSトランジ
スタ22,24の各ゲートには制御回路25からの制御
信号φ,バーφが入力され、発振動作を行うときはトラ
ンスミッションゲート21,23をオン状態にすると共
にMOSトランジスタ22,24をオフ状態にし、発振
動作を停止するときはトランスミッションゲート21,
23をオフ状態にすると共にMOSトランジスタ22,
24をオン状態にする。

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用増幅回路
としてCMOSインバータ回路を用いた水晶発振回路に
関するものである。
【0002】近年、半導体集積回路装置に設けられた水
晶発振回路においては、高精度化および高集積化に加え
て発振動作の停止機能が要求されている。
【0003】
【従来の技術】従来、外部装置としての水晶発振器31
は、図2に示すように、水晶発振子H、帰還抵抗R、お
よび2つのコンデンサCから構成されている。すなわ
ち、水晶発振子Hと帰還抵抗Rは並列に接続され、その
両端は各コンデンサCを介して低電位側電源に接続され
ると共に、水晶発振器31の両出力端子に接続されてい
る。
【0004】そして、水晶発振器31の両出力端子を、
内部装置に設けられている水晶発振回路用増幅回路とし
てのCMOSインバータ回路32の入力端子および出力
端子に接続することにより、水晶発振回路33が構成さ
れている。すなわち、水晶発振回路33は、水晶発振器
31から出力される発振信号をインバータ回路32で増
幅して内部回路に出力している。
【0005】ところで、図2に示す水晶発振回路33で
は任意に発振動作を停止することができない。そこで、
発振動作を任意に停止したい場合には、図3に示すよう
にインバータ回路32の代わりにナンド回路34を用い
た水晶発振回路35が用いられる。すなわち、ナンド回
路34の一方の入力端子は水晶発振器31の出力端子に
接続され、ナンド回路34の他方の入力端子には制御回
路(図示略)からHレベルまたはLレベルの制御信号が
入力されている。従って、水晶発振回路35はHレベル
の制御信号が入力されているとき発振動作を行い、Lレ
ベルの制御信号が入力されているときは発振動作を停止
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、水晶発振回
路33のインバータ回路32は、図4に示すようにPチ
ャネルMOSトランジスタ41およびNチャネルMOS
トランジスタ42から構成されている。また、水晶発振
回路35のナンド回路34は、図5に示すようにPチャ
ネルMOSトランジスタ51,52およびNチャネルM
OSトランジスタ53,54から構成され、Pチャネル
MOSトランジスタ52およびNチャネルMOSトラン
ジスタ54の各ゲートに制御信号が入力されている。
尚、負荷容量COUT は内部回路の入力容量と水晶発振器
31の容量の合成容量である。従って、インバータ回路
32およびナンド回路34における負荷容量COUT は等
しくなる。
【0007】インバータ回路32およびナンド回路34
の動作速度は、出力波形における立ち上がりの時定数τ
1 および立ち下がりの時定数τ2 によって決定され、時
定数τ1 ,τ2 が小さい程、動作速度は速くなる。ここ
で、高電位側電源VDDと出力ライン間のオン抵抗を「R
O1」、グランドと出力ライン間のオン抵抗を「RO2」と
すると、各時定数τ1 ,τ2 は式(1),(2)に示す
ようになる。
【0008】τ1 =RO1・COUT ……(1) τ2 =RO2・COUT ……(2) 水晶発振回路35が発振動作を行っているときにはナン
ド回路34にHレベルの制御信号が入力されているた
め、PチャネルMOSトランジスタ52はオフ状態であ
る。そのため、ナンド回路34におけるオン抵抗RO1は
PチャネルMOSトランジスタ51のオン抵抗に等しく
なる。また、インバータ回路32におけるオン抵抗RO1
はPチャネルMOSトランジスタ41のオン抵抗に等し
くなる。尚、MOSトランジスタのオン抵抗はトランジ
スタサイズの逆数に比例する。従って、ナンド回路34
とインバータ回路32の時定数τ1 を等しくする、即
ち、ナンド回路34とインバータ回路32の立ち上がり
の動作速度を同じにするには、PチャネルMOSトラン
ジスタ41とPチャネルMOSトランジスタ51のトラ
ンジスタサイズを等しくすればよい。
【0009】また、インバータ回路32におけるオン抵
抗RO2はNチャネルMOSトランジスタ42のオン抵抗
に等しくなる。一方、ナンド回路34におけるオン抵抗
RO2はNチャネルMOSトランジスタ53,54の各オ
ン抵抗の和に等しくなる。従って、ナンド回路34とイ
ンバータ回路32の時定数τ2 を等しくする、即ち、ナ
ンド回路34とインバータ回路32の立ち下がりの動作
速度を同じにするには、NチャネルMOSトランジスタ
53,54の各トランジスタサイズの逆数の和と、Nチ
ャネルMOSトランジスタ42のトランジスタサイズの
逆数とを等しくしなければならない。つまり、Nチャネ
ルMOSトランジスタ42,53,54の各トランジス
タサイズを「W42」, 「W53」, 「W54」とすると式
(3)が成り立つ。
【0010】1/W42=1/W53+1/W54……(3) このように、ナンド回路34はインバータ回路32に比
べて素子数が多い上に、動作速度を同じにするには、P
チャネルMOSトランジスタ51とPチャネルMOSト
ランジスタ41のトランジスタサイズを等しくした上
で、NチャネルMOSトランジスタ53,54のそれぞ
れのトランジスタサイズを、NチャネルMOSトランジ
スタ42のトランジスタサイズより大きくなければなら
ない。従って、水晶発振回路用増幅回路としてナンド回
路34を用いる水晶発振回路35は、インバータ回路3
2を用いる水晶発振回路33と比べて、動作速度(また
は動作周波数)を同じにすると半導体基板上の占有面積
が大きくなり高集積化が難しいという問題がある。
【0011】また、インバータ回路32およびナンド回
路34のデューティ比は、各時定数τ1 ,時定数τ2 の
比によって決定される。すなわち、式(1),(2)に
示すように、デューティ比は各オン抵抗RO1,RO2の比
によって決定される。
【0012】従って、インバータ回路32におけるデュ
ーティ比は、PチャネルMOSトランジスタ41のオン
抵抗とNチャネルMOSトランジスタ42のオン抵抗の
比に等しくなる。一方、ナンド回路34におけるデュー
ティ比は、PチャネルMOSトランジスタ51のオン抵
抗と、NチャネルMOSトランジスタ53,54の各オ
ン抵抗の和の比に等しくなる。
【0013】ここで、移動度を「β」、ゲート電圧を
「VG 」、しきい値電圧を「VTH」とすると、MOSト
ランジスタのオン抵抗RO は式(4)に示すようにな
る。 RO =1/〔β(VG −VTH)〕……(4) 複数のMOSトランジスタにおいて、移動度βおよびし
きい値電圧VTHを同じにすることは製造上難しい。従っ
て、インバータ回路32においてPチャネルMOSトラ
ンジスタ41とNチャネルMOSトランジスタ42の各
オン抵抗の比を合わせるのに比べて、ナンド回路34に
おいてPチャネルMOSトランジスタ51のオン抵抗と
NチャネルMOSトランジスタ53,54の各オン抵抗
の和の比を合わせるのは製造上はるかに難しくなる。す
なわち、ナンド回路34はインバータ回路32に比べて
製造上デューティ比がバラツキやすい。
【0014】従って、水晶発振回路用増幅回路としてナ
ンド回路34を用いる水晶発振回路35は、インバータ
回路32を用いる水晶発振回路33に比べて、製造上の
デューティ比のバラツキにより発振精度が低くなるとい
う問題がある。
【0015】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、発振動作の停止機能を
有し、高集積化が可能で高精度なCMOS水晶発振回路
を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】水晶発振器は、水晶発振
子と帰還抵抗を並列に接続し、その両端を各コンデンサ
を介して低電位側電源に接続している。水晶発振回路用
増幅回路であるCMOSインバータ回路は、その水晶発
振子の両端を入出力端子間に接続することにより発振動
作を行う。
【0017】第1のスイッチは、前記CMOSインバー
タ回路の入力端子と前記水晶発振子の一端との間に接続
され、発振動作を行うときオンし発振動作を停止すると
きオフする。
【0018】第2のスイッチは、前記CMOSインバー
タ回路の入力端子と低電位側電源または高電位側電源と
の間に接続され、発振動作を行うときオフし発振動作を
停止するときオンする。
【0019】第3のスイッチは、前記CMOSインバー
タ回路の出力端子と前記水晶発振子の他端との間に接続
され、発振動作を行うときオンし発振動作を停止すると
きオフする。
【0020】第4のスイッチは、前記CMOSインバー
タ回路の出力端子と低電位側電源または高電位側電源と
の間に接続され、発振動作を行うときオフし発振動作を
停止するときオンする。
【0021】
【作用】発振動作を行うときは、第1および第3のスイ
ッチをオンさせ、第2および第4のスイッチをオフさせ
る。従って、CMOSインバータ回路の入出力端子は水
晶発振器に接続されると共に低電位側電源または高電位
側電源から遮断され発振動作を行う。
【0022】また、発振動作を停止するときは、第1お
よび第3のスイッチをオフさせ、第2および第4のスイ
ッチをオンさせる。従って、CMOSインバータ回路の
入出力端子は低電位側電源または高電位側電源に接続さ
れると共に水晶発振器から遮断され、オープン状態とな
って誤動作することなく発振動作を停止する。
【0023】このように、4つという少ない数のスイッ
チで発振動作の停止機能を有したCMOS水晶発振を実
現することができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図1に
従って説明する。尚、本実施例において、図2,4に示
す従来例と同じ構成については符号を等しくしてその詳
細な説明を省略する。
【0025】インバータ回路32の入力端子は、第1の
スイッチとしてのトランスミッションゲート21を介し
て水晶発振器31の一方の出力端子に接続されると共
に、第2のスイッチとしのNチャネルMOSトランジス
タ22を介してグランドに接続されている。また、イン
バータ回路32の出力端子は、第3のスイッチとしての
トランスミッションゲート23を介して水晶発振器31
の他方の出力端子に接続されると共に、第4のスイッチ
としてのNチャネルMOSトランジスタ24を介してグ
ランドに接続されている。
【0026】制御回路25はバッファとしてのインバー
タ回路26を介してHレベルまたはLレベルの制御信号
φを出力すると共に、インバータ回路26,27を介し
て制御信号φの反転信号である制御信号バーφを出力す
る。その制御信号φは、各トランスミッションゲート2
1,23を構成する各NチャネルMOSトランジスタの
ゲートに入力される。また、制御信号バーφは、各トラ
ンスミッションゲート21,23を構成する各Pチャネ
ルMOSトランジスタのゲートに入力されると共に、各
NチャネルMOSトランジスタ22,24のゲートに入
力される。
【0027】次に、上記のように構成された水晶発振回
路用増幅回路の動作について説明する。インバータ回路
26からHレベルの制御信号φが出力されると、インバ
ータ回路27からはLレベルの制御信号バーφが出力さ
れる。すると、両トランスミッションゲート21,23
はオンし、両NチャネルMOSトランジスタはオフす
る。従って、インバータ回路32の入出力端子は水晶発
振器31の出力端子に接続されると共にグランドから遮
断され、従来例と同様に発振動作を行う。尚、トランス
ミッションゲート21,23のオン抵抗は水晶発振器3
1の帰還抵抗Rに比べて充分小さいので発振動作に影響
を与えることはない。また、トランスミッションゲート
21,23の信号伝播特性は信号のレベルに関係なく良
好なため、安定した発振動作を行うことができる。
【0028】また、インバータ回路26からLレベルの
制御信号φが出力されると、インバータ回路27からは
Hレベルの制御信号バーφが出力される。すると、両ト
ランスミッションゲート21,23はオフし、両Nチャ
ネルMOSトランジスタ22,24はオンする。従っ
て、インバータ回路32の入出力端子はグランドに接続
されると共に水晶発振器31の出力端子から遮断され、
オープン状態となって誤動作することなく発振動作を停
止する。
【0029】このように、本実施例の水晶発振回路用増
幅回路においては、制御回路から出力される制御信号
φ,バーφにより任意に発振動作を停止することができ
る。また、インバータ回路32は半導体基板上の占有面
積が同一ならばナンド回路34より動作速度が速く動作
周波数を高くとることができる上に、トランスミッショ
ンゲート21,23およびNチャネルMOSトランジス
タ22,24の各トランジスタサイズはナンド回路34
を構成する各MOSトランジスタ51〜54に比べて小
さいので、ナンド回路34を用いた従来例の水晶発振回
路35と同じ動作速度(動作周波数)でよければ本実施
例では高集積化が可能になる。さらに、インバータ回路
32はナンド回路34に比べて製造上デューティ比がバ
ラツキにくいため、本実施例では従来例の水晶発振回路
35に比べて発振精度を高くすることができる。
【0030】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、インバータ回路32の入出力端子は
それぞれ、PチャネルMOSトランジスタ22,24を
介して高電位側電源VDDに接続するようにしてもよい。
この場合も上記実施例と同様に、インバータ回路32の
入出力端子がオープン状態になって誤動作することはな
い。
【0031】加えて、帰還抵抗Rは内部装置に設けても
よい。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
振動作の停止機能を有し、高集積化が可能で高精度なC
MOS水晶発振回路を提供できる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施例のCMOS水晶発
振回路用増幅回路の回路図である。
【図2】従来例のCMOS水晶発振回路用増幅回路の回
路図である。
【図3】従来例のCMOS水晶発振回路用増幅回路の回
路図である。
【図4】インバータ回路32の回路図である。
【図5】ナンド回路34の回路図である。
【符号の説明】
H 水晶発振子 R 帰還抵抗 C コンデンサ 31 水晶発振器 32 CMOSインバータ回路 21 第1のスイッチとしてのトランスミッションゲー
ト 22 第2のスイッチとしてのNチャネルMOSトラン
ジスタ 23 第3のスイッチとしてのトランスミッションゲー
ト 24 第4のスイッチとしてのNチャネルMOSトラン
ジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水晶発振子(H)と帰還抵抗(R)を並
    列に接続し、その両端を各コンデンサ(C)を介して低
    電位側電源に接続した水晶発振器(31)と、 前記水晶発振子(H)の両端を入出力端子間に接続する
    ことにより発振動作を行う水晶発振回路用増幅回路とし
    てのCMOSインバータ回路(32)とから成るCMO
    S水晶発振回路おいて、 前記CMOSインバータ回路(32)の入力端子と前記
    水晶発振子(H)の一端との間に接続され、発振動作を
    行うときオンし発振動作を停止するときオフする第1の
    スイッチと、 前記CMOSインバータ回路(32)の入力端子と低電
    位側電源または高電位側電源(VDD)との間に接続さ
    れ、発振動作を行うときオフし発振動作を停止するとき
    オンする第2のスイッチと、 前記CMOSインバータ回路(32)の出力端子と前記
    水晶発振子(H)の他端との間に接続され、発振動作を
    行うときオンし発振動作を停止するときオフする第3の
    スイッチと、 前記CMOSインバータ回路(32)の出力端子と低電
    位側電源または高電位側電源(VDD)との間に接続さ
    れ、発振動作を行うときオフし発振動作を停止するとき
    オンする第4のスイッチとを備えたことを特徴とするC
    MOS水晶発振回路。
  2. 【請求項2】 前記第1,3のスイッチはトランスミッ
    ションゲート(21,23)から構成され、前記第2,
    4のスイッチはMOSトランジスタ(22,24)から
    構成され、そのトランスミッションゲート(21,2
    3)およびMOSトランジスタ(22,24)の各ゲー
    トには制御回路(25)からの制御信号(φ,バーφ)
    が入力され、発振動作を行うときはトランスミッション
    ゲート(21,23)をオン状態にすると共にMOSト
    ランジスタ(22,24)をオフ状態にし、発振動作を
    停止するときはトランスミッションゲート(21,2
    3)をオフ状態にすると共にMOSトランジスタ(2
    2,24)をオン状態にすることを特徴とする請求項1
    記載のCMOS水晶発振回路。
JP1907492A 1992-02-04 1992-02-04 Cmos水晶発振回路 Pending JPH05218743A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009284335A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発振回路
CN110739911A (zh) * 2019-11-04 2020-01-31 湖南品腾电子科技有限公司 稳定起振的晶体振荡器电路

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JP2009284335A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発振回路
CN110739911A (zh) * 2019-11-04 2020-01-31 湖南品腾电子科技有限公司 稳定起振的晶体振荡器电路
CN110739911B (zh) * 2019-11-04 2023-04-11 湖南品腾电子科技有限公司 稳定起振的晶体振荡器电路

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010529