JPH0697732A - 発振回路 - Google Patents

発振回路

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JPH0697732A
JPH0697732A JP24613992A JP24613992A JPH0697732A JP H0697732 A JPH0697732 A JP H0697732A JP 24613992 A JP24613992 A JP 24613992A JP 24613992 A JP24613992 A JP 24613992A JP H0697732 A JPH0697732 A JP H0697732A
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JP
Japan
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circuit
oscillation
current source
voltage
constant current
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JP24613992A
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English (en)
Inventor
Shigeo Kuboki
茂雄 久保木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】LSI化に好適で、低電源電圧下で安定な発振
が可能な発振回路を提供するにある。 【構成】水晶振動子6,増幅回路を有する発振回路にお
いて、定電流源手段と駆動MOSトランジスタNM1から
増幅回路が構成されて成ることを特徴とする。該定電流
源手段はバイアス電圧発生回路または電圧降圧回路21
の出力電圧をゲート電極電圧とするPMOSトランジス
タPM1で構成される。また、水晶振動子6,増幅回路
を有する発振回路において、該増幅回路はCMOS論理
ゲート,該CMOS論理ゲート出力端子に接続された定電流
源手段PM1(バイアス電圧発生回路または電圧降圧回
路21を含む)から成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固有振動子を使用した
発振回路に係り、特にマイクロプロセッサ等の半導体集
積回路装置に組込可能で、かつ1−6V程度の広い電源
電圧範囲にわたって安定に動作する発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、CMOS ICやLSIを使用し
た水晶発振回路は腕時計用ICやマイクロプロセッサ等
に盛んに使用されている。最近では、小形化,電池長寿
命化のニーズに伴い、電池本数を減らし、少なくとも2
V以下の低電圧領域で動作することが要求されている。
【0003】従来の水晶振動子やセラミックフィルタを
用いたCMOS発振回路を図2に示す。同図において発
振回路は、2入力NANDゲート13,インバータ1
1,12,帰還抵抗R3,水晶振動子6,共振容量C
4,C5(発振安定化,発振周波数調整のため使われ
る)。この例では、2入力NANDゲート13,インバ
ータ11,12はLSIに内蔵されており、発振端子O
SC1,OSC2が備わっている。ストップモード信号
STPNが論理レベル“0”になると2入力NANDゲート
13の出力は論理“1”に固定されるので発振動作は停
止する。図3に発振起動時のタイムチャートを示す。ス
トップモード信号STPNが“0"から“1”になると
2入力NANDゲート13は発振イネーブル状態にな
り、端子OSC2の信号波形は同図に示すように発振を
開始する。通常発振安定化時間TRCは発振電圧波形ピ
ーク値Vpの70%に到達するまでの時間で表される。
【0004】この種の発振回路の特徴については、文献
(電子通信学会誌、'78/10,Vol.j−61−C,
No.10,pp636−643)に詳しい。上記小形
化,電池長寿命化のニーズに対しては発振開始電圧Vst
art(発振を開始する最小の電源電圧),発振安定化時間
RCの低減が不可欠である。しかし、従来の上記発振回
路では電源電圧の低下と共に、2入力NANDゲート1
3のゲイン(MOSトランジスタの相互コンダクタンス
m )が低下し、水晶振動子の発振条件(ループゲイン
1以上,位相シフト量が0度)を満足しなくなるため、
発振開始電圧Vstart ,発振安定化時間TRCが増大する
問題があった。
【0005】発振開始電圧Vstart は上記文献に記載さ
れているように、MOSトランジスタのチャンネル比,
しきい値電圧,外部温度,水晶振動子のCI値(クリス
タルインピーダンス値)によって影響される。低電圧電
源化に対応するためにはMOSトランジスタのチャンネル
比W/Lを大きくする(gm の増大化)か、しきい値電
圧を低減する必要があるが、このようにすると発振回路
の回路規模が著しく大きくなり、また消費電流が増大す
るという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて成されたものであり、LSI化に好適で、
かつ低電圧電源においても安定に発振が可能で、低消費
電力な発振回路を提供することを目的とする。
【0007】具体的には、1.0〜1.5Vでも安定に発
振する発振回路を提供するに有る。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の発振回
路は発振増幅回路を、負荷を形成する定電流源手段,第
1導電型駆動MOSトランジスタで構成することによ
り、電源電圧変動に対し電流駆動能力が大幅に影響を受
けないようにしたことに特徴がある。
【0009】本発明の発振回路は、バイアス電圧発生回
路、又は電源電圧降圧回路を設け、該定電流源手段を該
バイアス電圧発生回路、又は電源電圧降圧回路の出力電
圧をゲート電極電圧とした第2導電型MOSトランジス
タで構成したことを特徴とする。本構成では電源電圧レ
ベルの如何に係らず該第2導電型MOSトランジスタの
ゲート−ソース電極間電圧Vgsを一定レベル以上に確保
できるので定電流特性を持たせることができる。例え
ば、該電源電圧降圧回路はCR発振回路の出力パルスで
駆動されるチャージポンプ回路で実現される。
【0010】さらに、本発明の発振回路は、発振増幅回
路が通常の相補型MOS(CMOS)論理ゲートの他に定
電流源手段から成り、該定電流源手段が該相補型MOS
(CMOS)論理ゲートの出力端子に接続されて成るこ
とを特徴とする。該定電流源手段により電流供給能力が
増強され等価的に上記ゲートのゲインが増加する。
【0011】該定電流源手段は具体的に前出の回路構成
によって実現される。
【0012】
【実施例】本発明の1実施例を図1に示す。本実施例
は、CMOSインバータゲートを構成するPMOS,N
MOSトランジスタPM1,NM1、該CMOSインバ
ータゲートの動作バイアス点を設定するバイアス抵抗R
3,水晶振動子6,共振容量C4,C5,発振出力(O
SC2)を論理レベルまで増幅するインバータ11,1
2,CR発振回路20,バイアス電圧発生回路または電
圧降圧回路(バックバイアス回路)21からなる。
【0013】該電圧降圧回路(バックバイアス回路)21
は例えば図4で示される。同図において、Coは容量、
NM2−4はNMOSトランジスタ、PM2−5はPM
OSトランジスタ(PM3−5は電圧クランプ回路CL
Pを構成する)、22,23はインバータ、CL は負荷
容量である。
【0014】CR発振回路20は例えば図5に示され
る。本回路はインバータ31−34,37,2入力NA
NDゲート30,36,2入力NOR回路35,容量C
6,C7,抵抗素子R4からなる。
【0015】次に動作について説明する。尚、以後前出
と同等、同一物については同一符号にて示し、説明も割
愛する。
【0016】まず、CR発振回路20の動作について説
明する。発振起動信号CRSTTが“0”レベルのとき
は2入力NANDゲート30の出力は“1”に固定さ
れ、発振停止モードとなる。“1”レベルになると2入
力NANDゲート30,インバータ31,32はループ
回路を形成し、C6と帰還回路時定数で決まる周波数で
発振する。抵抗素子R4,容量C7,インバータ33,
34は遅延回路を構成し、本遅延回路で生成されるノン
オーバラップ時間を持つ2相クロックP1,P2を発生
する。タイムチャートは図6に示される。
【0017】電圧降圧回路の動作について説明する。タ
イムチャートは図6に示す。P1が“1”になるとP1
N=“0”,インバータ22の出力=“1”になるので
NMOSトランジスタNM3,PMOSトランジスタPM2
がオンになり(他のMOSスィッチはオフ)電源Vcc
からCoは図示の極性に充電される。次にP1が“0"
になりP2が“1”になるとNM2がオンになるのでC
oの+チャージ側が接地電位になるので負荷容量CL
NMOSトランジスタNM4を介して負側にチャージさ
れる。NM4はダイオード接続されているのでCL の電
荷は保持されたままとなる。以上の動作をP1/P2の
サイクル繰返しCL は負電圧に深くチャージアップされ
る。クランプ回路CLPにより出力端子電圧VBSはほぼ
−nVthpにクランプされる。実施例では簡単化のため
n=3としたが、実際にはn=6−10としクランプ電
圧を深く設定する。
【0018】本実施例ではクランプ回路を使用したが、
何もこれにこだわることはなく、例えば、VBSレベル検
出回路を設け、一定レベル検出後CR発振回路を停止さ
せ、(CRSTT=“0”)降圧電圧動作を停止させる
ようにしても良い。本実施例では、電圧降圧回路により
PM1のVgsを一定レベル以上にできるので電源電圧レ
ベルの如何に係らず電流増幅率gm をあげることがで
き、Vstart,TRC を低減することができる。
【0019】第2の実施例を図7に示す。本実施例は通
常のCMOSゲート回路から成る発振回路において、定
電流源手段を該CMOSゲート回路の出力端子に接続し
て成ることを特徴とする。定電流源手段はPMOSトラ
ンジスタPM1,該PM1のゲート電極電圧を与えるバ
イアス電圧発生回路、又は電圧降圧回路21,CR発振
回路21(電圧降圧回路21使用のとき)から成る。定
電流源手段の動作は前述の動作と同じであるので説明は
割愛する。本実施例では通常のCMOSゲート回路出力
端子に電流源を接続しているので、より大きなゲイン,
電流増幅率が得られ、低電源電圧領域における発振特性
が向上する。
【0020】第3の実施例を図8に示す。本実施例では
図7の実施例において定電流源をPMOSスィッチPM
6を介して該CMOSゲート回路出力端子に接続するこ
とが特徴である。CTL=“1”にして発振モード設
定,発振安定化時間後CTL=“0”にして該スィッチ
PM6をオフにする。即ち、発振安定化後定電流源を切
り離すので消費電流を低減することができる。一度発振
が安定化すれば、Vccは1V程度まで低減しても発振は
持続する。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、2V以下の低い電源電
圧レベルで発振回路を起動することができ、それ故発振
回路を含むLSIやシステム自体の低電圧化を実現でき
る。
【0022】従って、発振回路を含むLSI部の回路装
置の電源としての電池本数を減らすことができ、装置の
小形,軽量化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1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】従来例を説明するタイムチャートである。
【図4】本発明の1実施例の構成要素を示す回路図であ
る。
【図5】本発明の1実施例の構成要素を示す回路図であ
る。
【図6】本発明の実施例を説明するタイムチャートであ
る。
【図7】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図8】本発明のもう一つの実施例を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
20…CR発振回路、21…バイアス発生回路、又は電
圧降圧回路、PM1−7…PMOSトランジスタ、NM
1−4…NMOSトランジスタ、6…水晶振動子、R3
…バイアス抵抗、C4,C5…共振容量、11,12,
22,23,31−34,37…インバータ、CLP…
電圧クランプ回路、13,30,36…2入力NAND
ゲート、35…2入力NORゲート、Co,C6,C7
…容量、CL …負苛容量、OSC1…LSI入力端子、
OSC2…LSI出力端子。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固有振動子,発振増幅回路からなる発振回
    路において、該発振増幅回路が負荷を形成する定電流源
    手段と第一導電型駆動MOSトランジスタから構成され
    ることを特徴とする発振回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の発振回路において、該定電
    流源手段が第2導電型MOSトランジスタから成り、か
    つ該第2導電型MOSトランジスタのゲート電極電圧を
    与えるバイアス電圧発生手段により、該第2導電型MO
    Sトランジスタのゲートーソース電極間電圧を一定にし
    て成ることを特徴とする発振回路。
  3. 【請求項3】固有振動子,発振増幅回路からなる発振回
    路において、電源電圧降圧手段を備え、該発振増幅回路
    が、該電源電圧降圧手段の出力電圧をゲート電極電圧と
    した第2導電型MOSトランジスタで形成される定電流
    源手段,駆動MOSトランジスタを形成する第1導電型
    MOSトランジスタから成ることを特徴とする発振回
    路。
  4. 【請求項4】請求項3記載の発振回路において、該電源
    電圧降圧手段が降圧電圧レベル検出手段,電源電圧レベ
    ルクランプ制御手段を含み、該降圧電圧レベルを一定レ
    ベルに保持する機能を有することを特徴とする発振回
    路。
  5. 【請求項5】固有振動子,発振増幅回路からなる発振回
    路において、該発振増幅回路が相補型MOS論理ゲート
    回路から成り、かつ該相補型MOS論理ゲート回路出力
    端子に定電流源手段を接続して成ることを特徴とする発
    振回路。
  6. 【請求項6】請求項5記載の発振回路において、該定電
    流源手段が請求項2記載の定電流源手段から成ることを
    特徴とする発振回路。
  7. 【請求項7】請求項5記載の発振回路において、該定電
    流源手段が請求項3または4記載の定電流源手段から成
    ることを特徴とする発振回路。
  8. 【請求項8】請求項5,6または7記載の発振回路にお
    いて、該定電流源手段がMOSスイッチ手段を介して該
    相補型MOS論理ゲート回路出力端子に接続され、発振
    開始直後一定期間該MOSスイッチ手段をオンに、それ
    以後オフに切替て成ることを特徴とする発振回路。
JP24613992A 1992-09-16 1992-09-16 発振回路 Pending JPH0697732A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6894679B2 (en) 2000-11-10 2005-05-17 Nec Corporation Method for inputting information and apparatus used for same
US7768358B2 (en) 2007-03-02 2010-08-03 Oki Semiconductor Co., Ltd. Oscillatory signal output circuit for capacitive coupling an oscillating signal with bias voltage applied
US8067993B2 (en) 2009-01-21 2011-11-29 Oki Semiconductor Co., Ltd. Constant current driven oscillating circuit

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