JPH06260837A - 発振回路 - Google Patents

発振回路

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JPH06260837A
JPH06260837A JP5043442A JP4344293A JPH06260837A JP H06260837 A JPH06260837 A JP H06260837A JP 5043442 A JP5043442 A JP 5043442A JP 4344293 A JP4344293 A JP 4344293A JP H06260837 A JPH06260837 A JP H06260837A
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JP
Japan
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power supply
bias voltage
supply voltage
bias
oscillation
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JP5043442A
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English (en)
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Shuji Kubota
修司 久保田
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01Details
    • H03K3/011Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. voltage, temperature
    • GPHYSICS
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • HELECTRICITY
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発振周波数の電源電圧依存性を低減する発振器
を提供する。 【構成】本発明の発振回路は、発振信号を生成して出力
する発振部9、高電位バイアス電圧ならびに低電位バイ
アス電圧を出力するバイアス発生部1と、前記高電位バ
イアス電圧ならびに低電位バイアス電圧を受けて、発振
部9に対する駆動電流を供給する電流供給部6とを有す
る発振回路において、バイアス発生部1が、所定の電源
電圧VDDを供給されて前記高電位バイアス電圧を生成し
て出力するPMOSトランジスタ2および抵抗3を含む
バイアス電圧発生回路と、前記電源電圧VDDを供給され
て前記低電位バイアス電圧を生成して出力する抵抗4お
よびNMOSトランジスタ5を含むバイアス電圧発生回
路とを個別に備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発振回路に関し、特にセ
ルフリフレッシュ機能を有するDRAMに形成される発
振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、発振回路は、半導体集積回路に
おいて周期的な信号を発生させるために用いられるが、
その最も簡単な発振回路の一例が図3に示される。図3
においては、当該発振回路はCMOSインバータ22の
みにより構成されており、CMOSインバータ22の出
力102は、端子51を介して出力されるとともに、入
力101としてCMOSインバータ22に帰還入力され
る。今、入力101が電源電圧の電位であれば出力10
2は接地電位に変化してゆき、それに対応して、入力1
01も接地電位に変化してゆく。そしてまた出力102
は電源電位に変化する。このようにして、端子51に
は、電源電圧の電位と接地電位とが周期的に現われて、
発振信号として出力される。この場合の発振周波数は、
電源電圧、CMOSインバータ22を構成するPMOS
トランジスタおよびNMOSトランジスタの電流駆動能
力およびCMOSインバータ22により駆動される負荷
等に依存している。
【0003】発振回路は、DRAMの回路にも用いられ
ているが、特に、セルフリフレッシュ機能を有するDR
AMに用いる場合には、発振周波数は電源電圧に対する
依存性が小さい方がよい。DRAMのセルフリフレッシ
ュ機能とは、一度そのモードに入ると、DRAMの入力
信号を何ら変化させる必要がなく、DRAM内部で周期
的にリフレッシュサイクルを自動的に行う機能であり、
その動作を実行させるためには、発振回路の発振出力信
号が計時機能を果しており、一定期間が経過する度ごと
にリフレッシュサイクルが起動される。一般に、電源電
圧が低くなる程発振回路の発振周波数は低くなるため、
セルフリフレッシュモード時におけるリフレッシュ間隔
は、電源電圧が低くなる程長くなる。セルフリフレッシ
ュモード時のリフレッシュ間隔は、或るメモリセルがリ
フレッシュされて、他のメモリセルが順次リフレッシュ
された後に、再度リフレッシュされた時に正しくリフレ
ッシュを行うことができるだけの電荷量が保持されてい
る期間内であり、且つ消費電流の低減のために、前記の
条件内において可能な限り長く時間をとることが条件と
なる。しかしながら、発振回路の発振周波数の電源電圧
依存度が大きいと、セルフリフレッシュモード時のリフ
レッシュ間隔を決定する際には、電源電圧が低い時にリ
フレッシュが可能であるように設定しなければならない
が、これにより、電源電圧が高い時には必要以上にリフ
レッシュ間隔が短かくなる上、消費電流も大きくなる。
このような理由により、セルフリフレッシュ機能を実現
するための発振回路としては、発振周波数の電源依存度
の小さい方式が求められている。
【0004】従来の、この種の発振回路としては、図2
にその一例が示されるように、PMOSトランジスタ1
3、抵抗14およびNMOSトランジスタ15を含むバ
イアス発生部12と、PMOSトランジスタ17および
NMOSトランジスタ18を含む電流供給部16と、P
MOSトランジスタ20およびNMOSトランジスタ2
1を含む発振部19とを備えて構成されている。
【0005】図2において、バイアス発生部12におい
ては、電源(電源電圧VDD)より接地電位に対して直流
電流が流れるが、節点A2 の電位をVA2とし、節点B2
の電位をVB2とすると、これらの電位は次式にて与えら
れる。
【0006】
【0007】
【0008】ここで、VTP(<0)は、PMOSトラン
ジスタ13のしきい値電圧、VTNはNMOSトランジス
タ15のしきい値電圧、Rは抵抗14の抵抗値、kはM
OSトランジスタの電流駆動能力で、MOSトランジス
タの寸法、ゲート酸化膜の膜厚および比誘電率等に依存
する値であり、ここでは、簡単のためにPMOSトラン
ジスタ13とNMOSトランジスタ15において等しい
値のkとする。これらの節点A2 およびB2 における電
位VA2とVB2は、それぞれ電流供給部16のPMOSト
ランジスタ17およびNMOSトランジスタ18のゲー
トに入力され、電流供給部16から発振部19に供給さ
れる駆動電流が制御される。
【0009】一般に、発振回路の発振周波数は、発振出
力信号が電源電位から接地電位に変化して、再び電源電
位に戻るまでの時間の逆数である。また、発振回路の出
力電位がVDDから接地電位に変動する時に、発振回路の
出力電位VO は、時間tにおいては次式にて与えられ
る。
【0010】
【0011】
【0012】上式において、(3) 式は、NMOSトラン
ジスタが飽和領域の場合であり、また(4) 式は、NMO
Sトランジスタが非飽和領域の場合である。また、IDS
はNMOSトランジスタのドレイン・ソース間電流で、
CはNMOSトランジスタにより駆動される負荷容量で
ある。他方、発振部19におけるPMOSトランジスタ
20およびNMOSトランジスタ21のゲート入力の電
位は、電源電位と接地電位との間の電位であり、VGS
電源電圧依存性は、図2および図3の発振回路において
差異はなく、非飽和領域は無視してもよい。しかし、発
振回路の発振周波数の電源電圧依存性は、上記の(3) 式
の時間tの1次項の係数IDS/CのIDSにより決定さ
れ、このIDSが大きい程、発振周波数は高くなる。
【0013】図2に示される発振回路においては、電流
供給部16のNMOSトランジスタ18により、発振部
19の放電電流が制御されている。NMOSトランジス
タ18の飽和領域におけるドレイン・リース間電流をI
DS2 とすると、このIDS2 は次式により表わされる。
【0014】
【0015】ここで、k2 はNMOSトランジスタ18
の電流駆動能力であり、VB2は前記(3) 式により示され
ている。また、発振部19のNMOSトランジスタ21
のドレイン・ソース間電流も、飽和領域においてIDS2
に等しい。また図3に示される発振回路のCMOSイン
バータ22を構成するNMOSトランジスタの飽和領域
におけるドレイン・ソース間電流をIDS3 とすると、I
DS3 は次式にて与えら
【0016】れる。
【0017】ここで、k3 はCMOSトランジスタ22
を構成するNMOSトランジスタの電流能力である。
【0018】図2に示される発振回路の発振周波数の電
源電圧依存性を比較するには、前述たように、IDS2
DS3 の電源電圧依存性を比較すればよい。IDS2 とI
DS3を、それぞれ電源電圧VDDにより微分すると次式が
得られる。
【0019】
【0020】
【0021】上記(7) 式と(8) 式が等しくなる電源電圧
DDは、次式により与えられる。
【0022】
【0023】しかし、発振回路の発振条件としては、次
式に示されるけ条件が必要となる。
【0024】
【0025】すなわち、
【0026】
【0027】上記の条件を参照して、発振回路が発振す
る電源電圧においては、常に下記の不等式が成立つ。
【0028】
【0029】従って、図に示される従来の発振回路にお
いては、図3に示される最も簡単な発振回路に比較し
て、発振周波数の電源電圧依存性が低減されていること
が分かる。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の発振回
路においては、DRAMの電源電圧が5V±10%であ
るが、近年、携帯品向け等の用途に対応して、電源電圧
3Vにて動作し、更には、2Vデータ保持機能等が要求
されてきている。従って、従来よりも電源電圧の動作変
動範囲は広くなってきており、当該発振回路におけるセ
ルフリフレッシュモードにおける動作電流を低減するこ
とが困難となってきている。このような状況下におい
て、従来の発振回路では発振周波数の電源電圧依存性が
高過ぎるという欠点がある。
【0031】
【課題を解決するための手段】本発明の発振回路は、発
振信号を生成して出力する発振部と、高電位バイアス電
圧ならびに低電位バイアス電圧を出力するバイアス発生
部と、前記高電位バイアス電圧ならびに低電位バイアス
電圧を受けて、前記発振部に対する駆動電流を供給する
電流供給部とを有する発振回路において、前記バイアス
発生部が、所定の電源電圧を供給されて前記高電位バイ
アス電圧を生成して出力する第1のバイアス電圧発生回
路と、前記電源電圧を供給されて前記低電位バイアス電
圧を生成して出力する第2のバイアス発生回路とを個別
に備えて構成される。
【0032】なお、前記第1のバイアス電圧発生回路
は、ソースが電源に接続され、ゲートとドレインが高電
位バイアス電圧出力端に共通接続されるPMOSトラン
ジスタと、一端が前記PMOSトランジスタのドレイン
に接続され、他端が接地電位に接続される抵抗とにより
形成し、前記第2のバイアス電圧発生回路は、一端が電
源に接続され、他端が低電位バイアス電圧出力端に接続
される抵抗と、ドレインとゲートが前記低電位バイアス
電圧出力端に共通接続され、ソースが接地電位に接続さ
れるNMOSトランジスタとにより形成してもよい。
【0033】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0034】図1は本発明の一実施例を示すブロック図
である。図1に示されるように、本実施例は、PMOS
トランジスタ2、抵抗3、4およびNMOSトランジス
タ5を含むバイアス発生部1と、PMOSトランジスタ
7およびNMOSトランジスタ8を含む電流供給部6
と、PMOSトランジスタ10およびNMOSトランジ
スタ11を含む発振部9とを備えて構成される。図2と
の対比により明らかなように、本実施例の図2の従来例
との相違点は、バイアス回路1の内部構成の差異にあ
り、PMOSトランジスタ2およびNMOSトランジス
タ5に対しては、それぞれ個別に電源電圧が供給されて
いる。これ以外の電流供給部6と発振部9の構成につい
ては従来例と全く同様である。
【0035】図1において、バイアス発生部1において
は、PMOSトランジスタ2と、NMOSトランジスタ
5のそれぞれについて、電源(電源電圧VDD)より接地
電位に対して直流電流が流れるが、節点A1 の電位をV
A1とし、節点B1 の電位をVB1とすると、これらの電位
は次式にて与えられる。
【0036】
【0037】
【0038】前述の従来例において説明したように、発
振部9における発振周波数の電源電圧依存性は、電流供
給部6におけるNMOSトランジスタ8の飽和領域での
ドレイン・ソース間電流の電源電圧依存性を調べればよ
い。NMOSトランジスタ8のドレイン・ソース間電流
をIDS1 とすると、IDS1 は次式により表わされる。
【0039】
【0040】上記(15)式の両辺をVDDで微分すると、次
式が得られる。
【0041】
【0042】上記の(7) 式と(16)式とを比較することに
より、次式が得られる。
【0043】
【0044】従って、(17)式を参照することにより明ら
かなように、図1に示される本実施例の発振回路におい
ては、図2に示される従来例に比較して発振周波数の電
源電圧依存性が小さくなり、発振周波数の電源電圧依存
性が改善される。
【0045】なお、上記の実施例において示される発振
部の構成としては、PMOSトランジスタおよびNMO
Sトランジスタを、直列に複数個接続してもよく、ま
た、インバータ構成されたPMOSトランジスタとNM
OSトランジスタとを一つの単体として、奇数個リング
状に接続してもよい。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、バイア
ス発生部に含まれる高電位バイアス発生回路と、低電位
バイアス発生回路に対して、それぞれ個別に電源電圧を
供給することにより、従来の発振回路に対比して、下記
の効果がある。 (1) 発振周波数の電源電圧依存性が低減される。 (2) 電源電圧が低い程、電流供給部に含まれるNMOS
トランジスタのドレイン・ソース間電流の電源電圧依存
性が小さくなるために、供給される電源電圧が低い程、
発振周波数の電源電圧依存性が低減される。 (3) 上記(1) 項および(2) 項に応じて、セルフリフレッ
シュモードを有し、且つ低電圧動作を要求されるDRA
Mに適用されて、セルフリフレッシュモードにおけるリ
フレッシュ間隔の電源電圧依存性が従来よりも低減さ
れ、セルフリフレッシュモードにおける消費電流が低減
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】従来例を示す回路図である。
【図3】他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1、12 バイアス発生部 2、7、10、13、17、20 PMOSトランジ
スタ 3、4、14 抵抗 5、8、11、15、18、21 NMOSトランジ
スタ 6、16 電流供給部 9、19 発振部 22 CMOSインバータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振信号を生成して出力する発振部と、
    高電位バイアス電圧ならびに低電位バイアス電圧を出力
    するバイアス発生部と、前記高電位バイアス電圧ならび
    に低電位バイアス電圧を受けて、前記発振部に対する駆
    動電流を供給する電流供給部とを有する発振回路におい
    て、 前記バイアス発生部が、所定の電源電圧を供給されて前
    記高電位バイアス電圧を生成して出力する第1のバイア
    ス電圧発生回路と、前記電源電圧を供給されて前記低電
    位バイアス電圧を生成して出力する第2のバイアス発生
    回路と、を個別に備えて構成されることを特徴とする発
    振回路。
  2. 【請求項2】 前記第1のバイアス電圧発生回路が、ソ
    ースが電源に接続され、ゲートとドレインが高電位バイ
    アス電圧出力端に共通接続されるPMOSトランジスタ
    と、一端が前記PMOSトランジスタのドレインに接続
    され、他端が接地電位に接続される抵抗とにより形成さ
    れ、前記第2のバイアス電圧発生回路が、一端が電源に
    接続され、他端が低電位バイアス電圧出力端に接続され
    る抵抗と、ドレインとゲートが前記低電位バイアス電圧
    出力端に共通接続され、ソースが接地電位に接続される
    NMOSトランジスタとにより形成される請求項1記載
    の発振回路。
JP5043442A 1993-03-04 1993-03-04 発振回路 Withdrawn JPH06260837A (ja)

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