JPH0529928A

JPH0529928A - 発振回路

Info

Publication number: JPH0529928A
Application number: JP20339491A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Higuchi; 良平樋口; Shoichi Kitagami; 尚一北上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】電源を投入してから発振回路が定常的な発振
を行うまでの時間を短縮する。【構成】発振回路の電源投入時は、スイッチ切換え回
路２４によって、スイッチ２２，２３を共にａ，ｃ端子
で接続し、インバータ１と増幅器２１とを発振回路のフ
ィードバックループに直列に接続する。発振回路が定常
的な発振になると、スイッチ切換え回路２４によって、
スイッチ２２，２３を共にｂ，ｃ端子で接続し、インバ
ータ１のみをフィードバックループに直列に接続して、
定常的な発振までの時間を短かくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は発振回路に関し、特に
発振回路に電源が投入されてから、発振回路が定常な発
振を行うまでの時間を短縮できる発振回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のマイクロコンピュータ（以
下、マイコンと称す）に内蔵された発振回路を示す。図
４において、１はマイコン内部に内蔵されているインバ
ータ、３，４はそれぞれ抵抗値Ｒ１，Ｒ２の抵抗、５，
６はそれぞれ容量Ｃ₁，Ｃ₂のキャパシタ、７は水晶発振
子、８はこの発振回路の出力端子である。抵抗３，４、
キャパシタ５，６および水晶発振子７からなる回路１０
はマイコンに外付けする回路で、マイコンの外付け回路
接続端子２に接続されている。

【０００３】図４に示す発振回路において、水晶発振子
７はインダクタと等価な働きをし、この水晶発振子と等
価なインダクタのインダクタンスをＬとすると、この発
振回路は容量Ｃ₁、Ｃ₂とインダクタンスＬの値によって
決まる発振周波数で発振する。

【０００４】図４に示す発振回路における発振の原理と
発振条件について、図５を用いて説明する。図４に示す
発振回路はフィードバックループの回路であり、図５の
ようなブロック図に置き換えることができる。図５にお
いて、１１は図４の抵抗３，４、キャパシタ５，６およ
び水晶発振子７から構成されるフィードバック回路、１
２はインバータ１とフィードバック回路１１とで構成さ
れるフィードバックループを示している。

【０００５】図５において、インバータ１の入力電圧を
Ｖ_I 、出力電圧すなわち発振回路の出力電圧をＶ_Oとす
る。インバータ１の入力電圧Ｖ_Iには主として熱雑音に
起因するノイズがのっている。インバータ１に入力され
る上記ノイズの発振回路の発振周波数に等しい周波数成
分（以下、発振周波数成分という）は、インバータ１に
よって振幅増幅、かつ、位相反転されてインバータ１よ
り出力され、さらにフィードバック回路１１によって位
相反転されて、インバータ１の入力にフィードバックさ
れる。このため、インバータ１の入力にフィードバック
されたノイズの発振周波数成分はフィードバックループ
１２を一周する前と同相であるため正帰還がかかり、信
号の振幅は減衰することなく、従って回路は上記の発振
周波数成分により発振する。また、この発振回路の発振
条件は、発振回路のフィードバックループ１２の増幅率
（以下、ゲインという）が１より大きな値となることで
ある。インバータ１のゲインをＧ_Iとすれば、フィード
バックループ１２のゲインＧ_Fは、Ｇ_F＝Ｇ₁×（Ｃ₂／Ｃ
₁）で表わされる。このことによってこの発振回路が発
振する条件はＧ_Fが１より大きくなる必要がある。

【０００６】次に、マイコンに電源を投入してから図５
の発振回路が定常的な発振にいたるまでの回路の動作に
ついて説明する。マイコンに印加される電源電圧をＶ_DD
とする。電源電圧Ｖ_DDは図に示さない方法によりマイコ
ンに内蔵されているインバータ１に与えられる。マイコ
ンに電源を投入した後の電源電圧Ｖ_DDと出力電圧Ｖ_Oの
時間に対する変化を表わすグラフを図６に示す。この図
６において横軸は時間ｔ、縦軸は電圧を示している。

【０００７】マイコンに電源が投入されていなければ、
すなわちＶ_GNDがグラウンド電位（以下、記号Ｖ_GNDで示
す）であれば、図５に示すインバータ１の入力電圧
Ｖ_I、および出力電圧Ｖ_Oは共にＶ_GNDである。マイコン
に電源が投入、すなわち、インバータ１に電源電圧Ｖ_DD
が印加されると、インバータ１の出力と入力はフィード
バック回路１１を介して接続されているので、インバー
タの入出力特性よりＶ_O ＝Ｖ_I＝Ｖ_DD／２となり、イン
バータ１の出力電圧Ｖ_Oは図６のＡ領域のように変化す
る。マイコンに電源が投入された後、Ｖ_DDの値が小さい
間（図６のＡ領域）はインバータ１のゲインＧ₁ の値が
小さく、従ってフィードバックループ１２のゲインＧ_F
の値が１以下で発振は起こらない。Ｖ_DDの値が大きくな
ると（図６のＢ領域）、インバータ１のゲインＧ₁ が大
きくなりフィードバックループ１２のゲインＧ_Fの値が
１より大きくなって、インバータ１の入力電圧Ｖ_Iにの
っているノイズの発振周波数成分が上記の原理によって
発振し始め、その発振振幅は増大していく。しかし、発
振振幅が増大しても、出力電圧Ｖ_O の最大値は定常状態
でＶ_DD以上に最小値はＶ_GND 以下になり得ないので、発
振振幅はＶ_DD／２にクランプされ、以後出力電圧Ｖ_O は
Ｖ_DD／２を振動の中心として振幅Ｖ_DD／２で発振する
（図６のＣ領域）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の発
振回路では、マイコンに電源が投入されて、インバータ
１のゲインＧ_Iが大きくなりフィードバックループのゲ
インＧ_Fが１を越えて回路が発振可能な状態になった後
でも、発振を始める前のインバータ１の入力電圧Ｖ_I に
のっているノイズの発振周波数成分の振幅が非常に小さ
いため、この発振周波数成分が発振回路のフィードバッ
クループによって増幅されて、振幅を増していき、定常
的な発振状態に達するまでにかなりの時間を要するとい
う問題点があった。

【０００９】この発明は、かかる問題を解決するために
なされたものであり、回路が発振可能状態になった後、
従来の発振回路よりもはやく定常的な発振を行なえ、し
かも信頼度の高い発振回路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係る発
振回路においては、フィードバックループのゲインを大
きくする増幅器２１と、この増幅器と上記インバータと
を直列に接続または切離すスイッチング手段Ｓ（スイッ
チ２２，２３）と、電源の投入時に、上記スイッチング
手段Ｓを制御して上記インバータに上記増幅器を直列に
接続し、上記発振回路が定常的な発振状態に到達する
と、上記インバータから上記増幅器を切離すスイッチ切
換え手段（スイッチ切換え回路２４）とを備えている。
この第２の発明に係る発振回路は、マイクロコンピュー
タの駆動用として接続されるもので、上記増幅器と、上
記スイッチング手段Ｓと、上記スイッチ切換え手段とが
マイクロコンピュータに内蔵されている。

【００１１】

【作用】上記のように構成された第１の発明の発振回路
では、マイコンに電源を投入して発振回路のフィードバ
ックループのゲインが大きくなって発振可能状態になっ
た後、インバータに直列に増幅器を接続するので従来の
発振回路に比べフィードバックループのゲインが大き
い。このため、インバータの入力にのっているノイズの
周波数成分は、従来の発振回路よりも早く発振振幅を増
してゆき、定常的な発振状態に到達する。第２の発明の
発振回路では、上記増幅器と、上記スイッチング手段Ｓ
と、上記スイッチ切換え回路とを、マイクロコンピュー
タに内蔵して集積回路化する。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの第１の発明の発振回路における一実施
例を示す回路図である。図１において、１はインバー
タ、３，４は抵抗、５，６はコンデンサ、７は水晶発振
子、８は出力端子、２１は増幅器、２２，２３はスイッ
チ手段Ｓとしてのスイッチ、２４はスイッチ切換え手段
としてのスイッチ切換え回路、２５はスイッチ切換え出
力である。ここで、１〜８の従来の発振回路と同じ機能
を有する部分には、同符号を付している。

【００１３】増幅器２１は、入力がスイッチ２２のｃ端
子と接続され、出力がスイッチ２３のａ端子と接続され
ており、この発振回路におけるフィードバックループの
ゲインを大きくする。スイッチ２２は、ｂ端子がアース
され、ａ端子がインバータ１の出力及びスイッチ２３の
ｂ端子と接続されている。また、スイッチ２３は、ｃ端
子が出力端子８および抵抗４の一端と接続されている。
スイッチ２２，２３はスイッチ切換え回路２４の制御に
より、連動して動作する。すなわち、発振回路の電源投
入時は、スイッチ２１がａ，ｃ端子で接続され、スイッ
チ２２がａ，ｃ端子で接続されるため、インバータ１と
増幅器２１とがフィードバックループに直列に接続され
る。

【００１４】また、発振回路が定常的な発振状態になる
と、スイッチ２１がｂ，ｃ端子で接続され、スイッチ２
２もｂ，ｃ端子で接続されるため、インバータ１のみが
フィードバックループに直列に接続される。スイッチ切
換え回路２４は、スイッチ２２，２３をスイッチ切換え
出力信号２５で制御する。またスイッチ切換え回路２４
は、例えば、電源立上りにより動作する単安定回路より
成る図示しないタイマと、このタイマの出力にもとづ
き、一定時間上記スイッチ手段Ｓを制御して一定時間、
インバータ１に接続する駆動回路より構成される。な
お、タイマにより構成することなく、ゲインを検出し、
この検出値にもとづき、スイッチ手段Ｓを制御するもの
であってもよい。

【００１５】図２は図１の回路をブロック図に置き換え
た図である。図２において、１１は図１のフィードバッ
ク回路、３１はインバータ１と増幅器２１の直列回路よ
りなるゲインのインバータに置き換えたインバータ（以
下、Ｉインバータという）、３２はフィードバックルー
プのゲインＧ_F1、Ｖ_I はＩインバータ３１の入力電圧、
Ｖ_OはＩインバータ３１の出力電圧である。図３は図１
の発振回路の出力の時間に対する変化を表わす図であ
る。図３では、発振回路に電源投入してから、発振回路
が定常的な発振にいたるまでの、電源電圧Ｖ_DDと出力電
圧Ｖ_O の時間ｔに対する変化を表わすグラフで示してい
る。図３において、横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖ_GNDを
示す。

【００１６】次に、この実施例の動作について図１〜図
３を参照して説明する。図示しない方法によって、発振
回路の電源が投入されてから発振回路が定常的な発振状
態に達するまで、スイッチ２２、２３は共にａ点，ｃ点
で接続され、インバータ１，増幅器２１がフィードバッ
クループに直列に接続される。この場合の発振回路は、
インバータ１と増幅器２１の直列回路をゲインが（Ｇ_I
×Ｇ）のＩインバータ３１に置き換えたものと等価であ
る。従って、このときの発振回路は従来例と同様に図２
のようなブロック図に置き換えることができる。ここ
で、フィードバック回路１１は図５で示した従来例のフ
ィードバック回路と同じものになる。以上に示した発振
回路のフィードバックループのゲインＧ_F1を計算する
と、Ｇ_F1＝（Ｇ_I×Ｇ）×（Ｃ₂／Ｃ₁ ）となる。ただ
し、この発振回路の発振周波数はインバータのゲインに
無関係とする。

【００１７】発振回路に電源を投入してからＩインバー
タ３１のゲインが大きくなってフィードバックループ３
２のゲインＧ_F1が１を越えるまでの発振回路の出力Ｖ_O
の時間に対する変化は従来の発振回路と同じであるか、
または大差がなくなる（図３のＡ領域）。次に、フィー
ドバックループ３２のゲインＧ_F1が１を越えて、発振回
路が発振可能な状態になった後、Ｉインバータの入力電
圧Ｖ_I にのっているノイズの発振周波数成分がフィード
バックループ３２によって増幅されるが、フィードバッ
クループ３２のゲインＧ_F1が従来の発振回路の（Ｇ_I×
Ｇ）／Ｇ_I倍大きいので、従来の発振回路に比べ早く発
振振幅を増していく（図３のＢ領域）。発振回路が定常
的な発振状態になった後、図１に示すスイッチ２２、２
３はスイッチ切換え回路２４により共にａ，ｂ端子で接
続される。この場合の図１に示す発振回路は従来のもの
と全く同じなので従来の発振回路と同じように発振する
（図３のＣ領域）。この結果この第１の発明における発
振回路においては、定常的な発振に達するまでは増幅器
２１の分だけ電力を多く消費するが、定常状態に到達し
た後は増幅器２１が回路から取り除かれるため、従来の
発振回路と消費する電力は等しくなる。

【００１８】次に、第２の発明の発振回路の一実施例に
ついて説明する。この第２の発明の実施例では、発振回
路をマイコン駆動用とし、図１で示すように、増幅器２
１と、スイッチ２１および２３（スイッチ手段Ｓ）と、
スイッチ切換え回路２４とを、マイコン内部に内蔵し、
外部回路との接続のため、マイコンに外付け回路接続端
子２０を設けた。なお、発振回路の動作については、第
１の発明の発振回路と同じなので説明を省略する。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この第１の発明によれ
ば、（発振回路のフィードバックループの）ゲインを大
きくする増幅器と、この増幅器とインバータとを直列に
接続または切離すスイッチング手段Ｓと、スイッチング
手段Ｓを制御して上記インバータに上記増幅器を直列に
接続し、上記発振回路が定常的な発振状態に達すると、
上記インバータから上記増幅器を切離すスイッチ切換え
手段とを備えたため、発振回路に電源が投入されて、発
振可能な状態となった後、従来の発振回路よりも早く定
常的な発振状態となる効果がある。第２の発明によれ
ば、マイクロコンピュータの駆動用として、上記増幅
器、上記スイッチング手段および上記スイッチ切換え回
路をマイクロコンピュータに内蔵したため、回路の信頼
性を高め、部品数を少なくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の発振回路における一実施例を示す回
路図である。

【図２】図１の発振回路を等価回路に置き換えたブロッ
ク図である。

【図３】図１の発振回路の出力の時間に対する変化を表
わす図である。

【図４】従来の発振回路の一例を示す回路図である。

【図５】図４の発振回路を等価回路に置き換えたブロッ
ク図である。

【図６】図４の発振回路の出力の時間に対する変化を表
わす図である。

【符号の説明】

１インバータ３，４抵抗５，６キャパシタ７水晶発振子２１増幅器２０外付け回路接続端子２２，２３スイッチ２４スイッチ切換え回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【作用】上記のように構成された第１の発明の発振回路
では、インバータに直列に増幅器を接続するので従来の
発振回路に比べフィードバックループのゲインが大き
い。このため、マイコンに電源を投入して発振回路のフ
ィードバックループのゲインが大きくなって発振可能状
態になった後、インバータの入力にのっているノイズの
周波数成分は、従来の発振回路よりも早く発振振幅を増
してゆき、定常的な発振状態に到達する。第２の発明の
発振回路では、上記増幅器と、上記スイッチング手段Ｓ
と、上記スイッチ切換え回路とを、マイクロコンピュー
タに内蔵して集積回路化する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】次に、この実施例の動作について図１〜図
３を参照して説明する。図示しない方法によって、発振
回路の電源が投入されてから発振回路が定常的な発振状
態に達するまで、スイッチ２２、２３は共にａ点，ｃ点
で接続され、インバータ１，増幅器２１がフィードバッ
クループに直列に接続される。この場合の発振回路は、
インバータ１と増幅器２１の直列回路をゲインが（Ｇ_I
×Ｇ）のＩインバータ３１に置き換えたものと等価であ
る。従って、このときの発振回路は従来例と同様に図２
のようなブロック図に置き換えることができる。ここ
で、フィードバック回路１１は図５で示した従来例のフ
ィードバック回路と同じものになる。以上に示した発振
回路のフィードバックループのゲインＧ_F1 は、Ｇ_F1＝
（Ｇ_I×Ｇ）×（Ｃ₂／Ｃ₁）となる。この発振回路の発
振周波数はインバータのゲインに無関係である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィードバックループを構成するインバ
ータを有する発振回路において、フィードバックループ
のゲインを大きくする増幅器と、この増幅器と上記イン
バータとを直列に接続または切離すスイッチング手段Ｓ
と、電源の投入時に、上記スイッチング手段Ｓを制御し
て上記インバータに上記増幅器を直列に接続し、上記発
振回路が定常的な発振状態に到達すると、上記インバー
タから上記増幅器を切離すスイッチ切換え手段とを備え
たことを特徴とする発振回路。
【請求項２】上記発振回路はマイクロコンピュータの
駆動用として接続されるもので、上記増幅器と、上記ス
イッチング手段Ｓと、上記スイッチ切換え手段とがマイ
クロコンピュータに内蔵されることを特徴とする請求項
１記載の発振回路。