JPH07336216A - Voltage controlled oscillator - Google Patents

Voltage controlled oscillator

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Publication number
JPH07336216A
JPH07336216A JP6129381A JP12938194A JPH07336216A JP H07336216 A JPH07336216 A JP H07336216A JP 6129381 A JP6129381 A JP 6129381A JP 12938194 A JP12938194 A JP 12938194A JP H07336216 A JPH07336216 A JP H07336216A
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JP
Japan
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voltage
input voltage
output
input
node
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6129381A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Miyajima
靖典 宮島
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To extend the linear region of a VCO whose oscillating frequency changes in proportion to an input voltage. CONSTITUTION:Two bias voltage generating sections 51, 52 have a different output voltage characteristic from each other with respect to an input voltage Vi and provide the output voltage based on the input voltage Vi to transfer gates 53, 54 respectively. The transfer gates 53, 54 are complementarily set on/off with outputs of inverters 55, 56 depending on the level of the input voltage Vi to select an output voltage from bias voltage generating sections 51, 52 and to give the selected voltage to gates of PMOS 61c-65c. On the other hand, the input voltage Vi is given to gates of NMOS 61d-54d. A delay time being the output of inverters 61-54 is controlled by the change in the conduction state of the PMOS 61c-65c and the NMOS 61d-65d and the oscillated frequency of a ring oscillator is linearly changed with respect to the input voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、PLL(Phase Locked
Loop ;以下、PLLという)等に用いられ、半導体集
積回路で構成されて入力電圧に応じた発振周波数を出力
する電圧制御発振器(以下、VCOという)に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a PLL (Phase Locked).
The present invention relates to a voltage controlled oscillator (hereinafter, referred to as VCO) which is used in a loop (hereinafter, referred to as PLL) or the like and is configured by a semiconductor integrated circuit and outputs an oscillation frequency according to an input voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】第1の従来例 図2は、第1の従来例を示すVCOの回路図である。こ
のVCOは半導体集積回路で構成され、入力電圧Vi に
対してバイアス電圧を生成するバイアス電圧発生回路1
0と、リングオシレータ20と、出力用インバータ30
とを、備えている。バイアス電圧回路10は、電源電位
Vddと接地電位Vss間に接続されたP型チャネル電
界効果トランジスタ(以下、PMOSという)11とN
型チャネル電界効果トランジスタ(以下、NMOSとい
う)12を有している。PMOS11のソースは電源電
位Vddに接続され、PMOS11のドレインがノード
N10でNMOS12のドレインと接続されている。P
MOS11ではノードN10の電圧がゲートに入力さ
れ、ノードN10の電圧がPMOS11の電圧導通状態
を制御する構成である。NMOS12のソースは、接地
電位Vssに接続され、そのNMOS12のゲートには
入力電圧Vi が入力されている。
2. Description of the Related Art First Conventional Example FIG. 2 is a circuit diagram of a VCO showing a first conventional example. This VCO is composed of a semiconductor integrated circuit, and a bias voltage generation circuit 1 for generating a bias voltage for an input voltage Vi.
0, the ring oscillator 20, and the output inverter 30
And are equipped with. The bias voltage circuit 10 includes a P-type channel field effect transistor (hereinafter referred to as PMOS) 11 and an N connected between a power supply potential Vdd and a ground potential Vss.
It has a type channel field effect transistor (hereinafter referred to as NMOS) 12. The source of the PMOS 11 is connected to the power supply potential Vdd, and the drain of the PMOS 11 is connected to the drain of the NMOS 12 at the node N10. P
In the MOS 11, the voltage of the node N10 is input to the gate, and the voltage of the node N10 controls the voltage conduction state of the PMOS 11. The source of the NMOS 12 is connected to the ground potential Vss, and the input voltage Vi is input to the gate of the NMOS 12.

【0003】リングオシレータ20は入力信号Vi に基
づいた発振周波数を出力用インバータ30へ出力するも
のであり、出力用インバータ30の出力が出力端子Ou
tから出力される。リングオシレータ20は電源電位V
ddと接地電位Vss間に設けられた5段のインバータ
21,22,23,24,25を有している。各インバ
ータ21〜25はCMOSで構成されている。即ち、イ
ンバータ21はドレイン同士がノードN21で接続され
たPMOS21a及びNMOS21bで構成で構成さ
れ、同様に、各インバータ22,23,24,25は、
ノードN22,N23,N24,N25にドレイン同士
が接続されたPMOS22a,NMOS22bと、PM
OS23a,NMOS23bと、PMOS24a,NM
OS24bと、PMOS25a,NMOS25bとでそ
れぞれ構成されている。各ノードN21,N22,N2
3,N24は、インバータ21,22,23,24のそ
れぞれの出力端子として次段のCMOSのゲートに接続
され、ノードN25は、出力用インバータ30の出力端
子に接続されると共に、インバータ21のCMOSであ
るPMOS21a、NMOS21bのゲートに接続され
ている。各インバータの21,22,23,24,25
中のPMOS21a〜25aのソースと電源電位Vdd
の間には、それらPMOS21a〜25aに流れる電流
を制御するPMOS21c〜25cがそれぞれ接続さ
れ、各NMOS21b〜25bのソースと接地電位Vs
sの間には、NMOS21b〜25bに流れる電流を制
御するNMOS21d〜25dがそれぞれ接続されてい
る。PMOS21c〜25cのゲートには、バイアス発
生回路10の出力端子であるノードN10が接続され、
PMOS21c〜25cは、ノードN10の電圧で導通
状態が制御される構成である。NMOS21d〜25d
のゲートには入力電圧Vi が入力され、入力電圧Viに
よってNMOS21d〜25dの導通状態が制御される
構成である。
The ring oscillator 20 outputs the oscillation frequency based on the input signal Vi to the output inverter 30, and the output of the output inverter 30 is the output terminal Ou.
It is output from t. The ring oscillator 20 has a power supply potential V
It has five stages of inverters 21, 22, 23, 24, 25 provided between dd and the ground potential Vss. Each of the inverters 21 to 25 is composed of CMOS. That is, the inverter 21 is composed of a PMOS 21a and an NMOS 21b whose drains are connected to each other at a node N21. Similarly, each inverter 22, 23, 24, 25
A PMOS 22a and an NMOS 22b whose drains are connected to nodes N22, N23, N24 and N25, and a PM
OS 23a, NMOS 23b, and PMOS 24a, NM
It is composed of an OS 24b, a PMOS 25a, and an NMOS 25b. Each node N21, N22, N2
3, N24 are connected to the gates of the CMOS of the next stage as the output terminals of the inverters 21, 22, 23 and 24, and the node N25 is connected to the output terminal of the output inverter 30 and the CMOS of the inverter 21. Are connected to the gates of the PMOS 21a and the NMOS 21b. 21, 22, 23, 24, 25 of each inverter
Sources of the PMOSs 21a to 25a and the power supply potential Vdd
Between them are connected PMOSs 21c to 25c for controlling currents flowing in the PMOSs 21a to 25a, respectively, and sources of the NMOSs 21b to 25b and the ground potential Vs.
Between s, the NMOSs 21d to 25d for controlling the currents flowing in the NMOSs 21b to 25b are connected, respectively. A node N10 which is an output terminal of the bias generation circuit 10 is connected to the gates of the PMOSs 21c to 25c,
The PMOSs 21c to 25c have a configuration in which the conduction state is controlled by the voltage of the node N10. NMOS 21d-25d
An input voltage Vi is input to the gate of, and the conduction state of the NMOSs 21d to 25d is controlled by the input voltage Vi.

【0004】図3は、図2のバイアス電圧発生回路の入
力電圧に対する出力電圧を示す特性図であり、この図を
用いて、図2のVCOの動作を説明する。入力電圧Vi
がNMOS12のゲートに与えられ、その入力電圧Vi
に応じて、NMOS12の抵抗値が変化してノードN1
0の電圧が変化する。ノードN10の電圧変化に伴い、
PMOS11の導通状態も変化してノードN10の電圧
が確定する。そのため、バイアス電圧発生回路の出力端
子であるノードN10の電圧は、図3のように入力電圧
Vi が増加すると降下する。一方、リングオシレータ2
0において、インバータ21はノードN25の電圧、及
び他のインバータ22〜25は前段のインバータのノー
ドN21〜N24の電圧をそれぞれ入力し、各インバー
タ21〜25は出力端子であるノードN21〜25から
反転電圧を出力する。即ち、ノードN25の電圧は発振
する。ここで、例えば、インバータ21におけるノード
N21の出力電圧は、遅延されて次段のインバータ22
に伝達される。この遅延における遅延時間は、インバー
タ22のPMOS22a及びNMOS22bのゲート容
量と、インバータ21中のPMOS21a,21c及び
NMOS21b,21dを流れる電流とに依存してい
る。各インバータ22〜25は、同様に入力電圧に対応
する出力電圧を遅延して次段へ送出している。各PMO
S21c〜25cのゲートは、バイアス発生回路10の
ノードN10からの電圧が入力され、PMOS21c〜
25cの抵抗値が変化して導通状態が制御される。即
ち、PMOS21a〜25aに対する電源電圧Vddか
らの電流が制御される。同様に、NMOS21d〜25
dは、入力電圧Vi によって導通状態が制御され、NM
OS21b〜25bの接地電位Vssに対する電流が制
御される。その結果、各インバータ21〜25における
遅延時間が制御され発振周波数fが制御される。図4
は、図2のVCOの入力電圧と発振周波数の関係を示す
特性図である。ノードN25の電圧が出力用インバータ
30で反転されて出力端子Outから出力される。即
ち、例えば入力電圧Vi が増加すると図4のように発振
周波数fが増加して出力される。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the output voltage with respect to the input voltage of the bias voltage generating circuit of FIG. 2, and the operation of the VCO of FIG. 2 will be described with reference to this diagram. Input voltage Vi
Is applied to the gate of the NMOS 12 and its input voltage Vi
The resistance value of the NMOS 12 changes according to the
The voltage of 0 changes. As the voltage of the node N10 changes,
The conduction state of the PMOS 11 also changes and the voltage of the node N10 is fixed. Therefore, the voltage of the node N10, which is the output terminal of the bias voltage generating circuit, drops as the input voltage Vi increases as shown in FIG. On the other hand, ring oscillator 2
0, the inverter 21 inputs the voltage of the node N25, the other inverters 22 to 25 input the voltages of the nodes N21 to N24 of the preceding inverters, and the inverters 21 to 25 invert from the output terminals of the nodes N21 to 25. Output voltage. That is, the voltage of the node N25 oscillates. Here, for example, the output voltage of the node N21 in the inverter 21 is delayed and delayed by the next-stage inverter 22.
Be transmitted to. The delay time in this delay depends on the gate capacitance of the PMOS 22a and the NMOS 22b of the inverter 22 and the current flowing through the PMOS 21a, 21c and the NMOS 21b, 21d in the inverter 21. Similarly, each of the inverters 22 to 25 delays the output voltage corresponding to the input voltage and sends it to the next stage. Each PMO
Voltages from the node N10 of the bias generation circuit 10 are input to the gates of S21c to 25c, and the gates of the PMOSs 21c to 25c.
The resistance value of 25c is changed to control the conduction state. That is, the current from the power supply voltage Vdd to the PMOSs 21a to 25a is controlled. Similarly, the NMOSs 21d to 25
The conduction state of d is controlled by the input voltage Vi, and NM
The current with respect to the ground potential Vss of the OS 21b to 25b is controlled. As a result, the delay time in each of the inverters 21 to 25 is controlled and the oscillation frequency f is controlled. Figure 4
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an input voltage of the VCO of FIG. 2 and an oscillation frequency. The voltage of the node N25 is inverted by the output inverter 30 and output from the output terminal Out. That is, for example, when the input voltage Vi increases, the oscillation frequency f increases and is output as shown in FIG.

【0005】第2の従来例 図5は、第2の従来例を示すVCOの回路図である。こ
のVCOは、入力端子からの入力電圧Vi に対してバイ
アス電圧を生成する第1の実施例と異なるバイアス電圧
発生回路40と、図2と同様にリングオシレータ20
と、出力用インバータ30とを、備えている。バイアス
電圧回路40は、電源電位Vddと接地電位Vss間に
接続されたPMOS41とNMOS42を有している。
PMOS41のソースは電源電位Vddに接続され、P
MOS41のドレインがノードN40でNMOS42の
ドレインと接続されている。PMOS41のゲートに
は、入力電圧Vi が入力され、NMOS42のゲート
は、ノードN40に接続されている。ノードN40の電
圧がNMOS42の導通状態を制御する構成である。N
MOS42のソースは、接地電位Vssに接続されてい
る。リングオシレータ20は、入力信号Vi に基づいた
発振周波数fを出力用インバータ30へ出力するもので
あり、リングオシレータ20の出力電圧が出力用インバ
ータ30を介して出力端子Outから出力される。リン
グオシレータ20は図2と同様の構成であり、5段のイ
ンバータ21,22,23,24,25と、各インバー
タ21,22,23,24,25における遅延時間をそ
れぞれ制御するPMOS21c〜25dとNMOS21
d〜25dを有している。各PMOS21c〜25cの
ゲートにはバイアス発生回路40中のノードN40が接
続され、PMOS21c〜25cは、ノードN40の電
圧で導通状態が制御される構成である。NMOS21d
〜25dのゲートには入力電圧Vi が入力され、入力電
圧Vi によってNMOS21d〜25dの導通状態が制
御される構成である。
Second Conventional Example FIG. 5 is a circuit diagram of a VCO showing a second conventional example. This VCO has a bias voltage generating circuit 40 different from that of the first embodiment, which generates a bias voltage in response to an input voltage Vi from an input terminal, and a ring oscillator 20 as in FIG.
And an output inverter 30. The bias voltage circuit 40 has a PMOS 41 and an NMOS 42 connected between the power supply potential Vdd and the ground potential Vss.
The source of the PMOS 41 is connected to the power supply potential Vdd, and P
The drain of the MOS 41 is connected to the drain of the NMOS 42 at the node N40. The input voltage Vi is input to the gate of the PMOS 41, and the gate of the NMOS 42 is connected to the node N40. The voltage of the node N40 controls the conduction state of the NMOS 42. N
The source of the MOS 42 is connected to the ground potential Vss. The ring oscillator 20 outputs the oscillation frequency f based on the input signal Vi to the output inverter 30, and the output voltage of the ring oscillator 20 is output from the output terminal Out via the output inverter 30. The ring oscillator 20 has the same configuration as that of FIG. 2, and includes five stages of inverters 21, 22, 23, 24, 25, and PMOSs 21c to 25d for controlling delay times in the respective inverters 21, 22, 23, 24, 25. NMOS 21
d to 25d. A node N40 in the bias generation circuit 40 is connected to the gates of the PMOSs 21c to 25c, and the PMOSs 21c to 25c have a configuration in which the conduction state is controlled by the voltage of the node N40. NMOS 21d
The input voltage Vi is input to the gates of .about.25d, and the conduction state of the NMOSs 21d to 25d is controlled by the input voltage Vi.

【0006】図6は、図5のバイアス電圧発生回路の入
力電圧に対する出力電圧を示す特性図であり、この図を
用いて、図5のVCOの動作を説明する。入力電圧Vi
がPMOS41のゲートに与えられ、その入力電圧Vi
に応じて、PMOS41の抵抗値が変化してノードN4
0の電圧が変化する。ノードN40の電圧変化に伴い、
NMOS42の導通状態も変化してノードN40の電圧
が確定する。そのため、バイアス電圧発生回路40の出
力端子であるノードN40の電圧は、図6のように入力
電圧Vi が増加すると降下する。一方、リングオシレー
タ20において、インバータ21はノードN25の電
圧、及び他のインバータ22〜25は前段のインバータ
のノードN21〜N24の電圧をそれぞれ入力し、各イ
ンバータ21〜25は出力端子であるノードN21〜2
5から反転電圧を出力する。そのため、ノードN25の
電圧は発振する。各インバータ21〜25は、入力され
た電圧に対応する出力電圧を遅延して次段へ送出してい
る。各PMOS21c〜25cのゲートは、バイアス発
生回路40のノードN40からの電圧が入力され、PM
OS21c〜25cの抵抗値が変化して導通状態が制御
される。即ち、PMOS21a〜25aに対する電源電
圧Vddからの電流が制御される。同様に、NMOS2
1d〜25dは、入力電圧Vi によって導通状態が制御
され、NMOS21b〜25bの接地電位Vssに対す
る電流が制御される。その結果、各インバータ21〜2
5における遅延時間が制御され発振周波数fが制御され
る。図7は、図5のVCOの入力電圧と発振周波数の関
係を示す特性図である。ノードN25の電圧が出力用イ
ンバータ30で反転されて出力端子Outから出力され
る。即ち、例えば入力電圧Vi が増加すると図7のよう
に発振周波数fが増加して出力される。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the output voltage with respect to the input voltage of the bias voltage generating circuit of FIG. 5, and the operation of the VCO of FIG. 5 will be described with reference to this figure. Input voltage Vi
Is applied to the gate of the PMOS 41, and its input voltage Vi
The resistance value of the PMOS 41 changes according to
The voltage of 0 changes. As the voltage of the node N40 changes,
The conduction state of the NMOS 42 also changes and the voltage of the node N40 is fixed. Therefore, the voltage of the node N40, which is the output terminal of the bias voltage generation circuit 40, drops when the input voltage Vi increases as shown in FIG. On the other hand, in the ring oscillator 20, the inverter 21 inputs the voltage of the node N25, the other inverters 22 to 25 input the voltages of the nodes N21 to N24 of the preceding-stage inverters, and the inverters 21 to 25 output the node N21. ~ 2
Inverted voltage is output from 5. Therefore, the voltage of the node N25 oscillates. Each of the inverters 21 to 25 delays the output voltage corresponding to the input voltage and sends it to the next stage. The voltage from the node N40 of the bias generation circuit 40 is input to the gates of the PMOSs 21c to 25c, and PM
The resistance values of the OSs 21c to 25c change to control the conduction state. That is, the current from the power supply voltage Vdd to the PMOSs 21a to 25a is controlled. Similarly, NMOS2
The conduction states of 1d to 25d are controlled by the input voltage Vi, and the currents of the NMOSs 21b to 25b with respect to the ground potential Vss are controlled. As a result, each inverter 21-2
The delay time in 5 is controlled to control the oscillation frequency f. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage of the VCO of FIG. 5 and the oscillation frequency. The voltage of the node N25 is inverted by the output inverter 30 and output from the output terminal Out. That is, for example, when the input voltage Vi increases, the oscillation frequency f increases and is output as shown in FIG.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
VCOでは、次のような課題があった。PLL等に用い
られる場合、入力電圧Vi の対応した発振周波数fを出
力する必要があるため、入力電圧Vi の変化に対して発
振周波数fが線形に変化するVCOが求められ、発振周
波数fの入力電圧特性における線形範囲の広いVCOが
要求されている。そのため、バイアス電圧発生回路は入
力電圧に反比例する線形性をもった出力電圧を発生する
必要がある。例えば、図2のバイアス発生回路20を用
いた第1の従来例では、図3に示すように入力電圧Vi
が電源電圧Vddに近付くと、バイアス電圧発生回路2
0は入力電圧Vi に反比例する線形性をもった出力電圧
を発生することができなくなる。そのため、VCOの発
振周波数fも図4のように線形性を保てなくなる。一
方、図5のバイアス発生回路40を用いた第2の従来例
では、図6に示すように入力電圧がVi が接地電位Vs
sに近付くと、バイアス電圧発生回路40は入力電圧V
i に反比例する線形性をもった出力電圧を発生すること
ができなくなり、VCOの発振周波数fも図7のように
線形性を保てなくなる。即ち、従来のVCOでは、発振
周波数fの入力電圧特性が線形である範囲が狭いという
課題があった。
However, the conventional VCO has the following problems. When used in a PLL or the like, since it is necessary to output the oscillation frequency f corresponding to the input voltage Vi, a VCO in which the oscillation frequency f changes linearly with respect to the change in the input voltage Vi is required. A VCO having a wide linear range in voltage characteristics is required. Therefore, the bias voltage generating circuit needs to generate an output voltage having linearity that is inversely proportional to the input voltage. For example, in the first conventional example using the bias generation circuit 20 of FIG. 2, as shown in FIG.
Becomes close to the power supply voltage Vdd, the bias voltage generation circuit 2
0 cannot generate an output voltage having a linearity inversely proportional to the input voltage Vi. Therefore, the oscillation frequency f of the VCO cannot maintain the linearity as shown in FIG. On the other hand, in the second conventional example using the bias generation circuit 40 of FIG. 5, the input voltage Vi is the ground potential Vs as shown in FIG.
When approaching s, the bias voltage generation circuit 40 receives the input voltage V
An output voltage having a linearity inversely proportional to i cannot be generated, and the VCO oscillation frequency f cannot maintain a linearity as shown in FIG. That is, the conventional VCO has a problem that the range in which the input voltage characteristic of the oscillation frequency f is linear is narrow.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、入力電圧に対応したバイアス電圧を生成
するバイアス電圧発生回路と、内臓した奇数段のインバ
ータにおける各段のインバータの出力電圧が遅延して次
段のインバータへそれぞれ供給され最終段のインバータ
の出力電圧が遅延して初段のインバータに供給されて発
振し、前記入力電圧と前記バイアス電圧とに基づいて該
各段のインバータの出力電圧の遅延が制御されて該発振
周波数が変化するリングオシレータとを備え、前記入力
電圧に対応した周波数を出力する電圧制御発振器におい
て、バイアス電圧発生回路を次のような構成としてい
る。即ち、前記バイアス電圧発生回路は、前記入力電圧
に対してそれぞれ異なる出力電圧特性を持つ複数のバイ
アス電圧発生部を有し、前記入力電圧に応じて前記複数
のバイアス電圧発生部の生成する電圧を前記バイアス電
圧として選択する構成としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a bias voltage generating circuit for generating a bias voltage corresponding to an input voltage, and an output of each stage inverter in a built-in odd number stage inverter. The voltage is delayed and supplied to each of the next-stage inverters, the output voltage of the final-stage inverter is delayed and supplied to the first-stage inverter, and oscillates. Based on the input voltage and the bias voltage, the inverter of each stage is delayed. In the voltage controlled oscillator that outputs the frequency corresponding to the input voltage, the bias voltage generating circuit is configured as follows. That is, the bias voltage generation circuit has a plurality of bias voltage generation units having different output voltage characteristics with respect to the input voltage, and generates a voltage generated by the plurality of bias voltage generation units according to the input voltage. The bias voltage is selected.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、以上のようにVCOを構成し
たので、バイアス電圧発生回路内の複数のバイアス電圧
発生部は、入力電圧に対してそれぞれ異なる出力電圧特
性を持ち、バイアス電圧発生回路は入力電圧に応じ、そ
れらバイアス電圧発生部の出力をバイアス電圧として選
択する。バイアス電圧と入力電圧とは、リングオシレー
タにおける奇数段のインバータの出力電圧の遅延を制御
し、そのリングオシレータは、入力電圧に対応した周波
数で発振する。従って、前記課題を解決できるのであ
る。
According to the present invention, since the VCO is configured as described above, the plurality of bias voltage generating sections in the bias voltage generating circuit have different output voltage characteristics with respect to the input voltage, and the bias voltage generating circuit. Selects the output of the bias voltage generator as the bias voltage according to the input voltage. The bias voltage and the input voltage control the delay of the output voltage of the odd-numbered inverters in the ring oscillator, and the ring oscillator oscillates at the frequency corresponding to the input voltage. Therefore, the above problem can be solved.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の実施例を示すVCOの回路
図である。このVCOは半導体集積回路で構成され、入
力端子Inからの入力電圧Vi に基づいたバイアス電圧
を生成するバイアス電圧発生回路50と、リングオシレ
ータ60と、出力用インバータ70とを、備えている。
バイアス電圧発生回路50は、第1及び第2の従来例の
バイアス電圧発生回路20,40とそれぞれ同様の構成
であるバイアス電圧発生部51,52を備えている。各
バイアス電圧発生部51,52は、図3と図6に示され
たように、入力電圧Vi に対する異なった出力電圧特性
をそれぞれ有している。バイアス電圧発生部51は、電
源電位Vddと接地電位Vss間に接続されたPMOS
51aとNMOS51bとを、有している。PMOS5
1aのソースは電源電位Vddに接続され、PMOS5
1aのドレインがノードN51でNMOS51bのドレ
インと接続されている。PMOS51aではノードN5
1の電圧が制御電極であるゲートに入力され、ノードN
51の電圧がPMOS51aの導通状態を制御する構成
である。NMOS51aのソースは接地電位Vssに接
続され、そのNMOS51bのゲートには入力電圧Vi
が入力されている。バイアス電圧発生部52は、電源電
位Vddと接地電位Vss間に接続されたPMOS52
aとNMOS52bを有している。PMOS52aのソ
ースは電源電位Vddに接続され、PMOS52aのド
レインがノードN52でNMOS52bのドレインと接
続されている。PMOS52aのゲートには入力電圧V
i が入力され、NMOS52bのゲートはノードN52
に接続されている。ノードN52の電圧がNMOS52
bの導通状態を制御する構成である。NMOS52のソ
ースは、接地電位Vssに接続されている。
1 is a circuit diagram of a VCO showing an embodiment of the present invention. The VCO is composed of a semiconductor integrated circuit and includes a bias voltage generating circuit 50 that generates a bias voltage based on an input voltage Vi from an input terminal In, a ring oscillator 60, and an output inverter 70.
The bias voltage generation circuit 50 includes bias voltage generation units 51 and 52 having the same configurations as the bias voltage generation circuits 20 and 40 of the first and second conventional examples, respectively. As shown in FIGS. 3 and 6, the bias voltage generators 51 and 52 have different output voltage characteristics with respect to the input voltage Vi. The bias voltage generator 51 includes a PMOS connected between the power supply potential Vdd and the ground potential Vss.
It has 51a and NMOS 51b. PMOS 5
The source of 1a is connected to the power supply potential Vdd, and the PMOS 5
The drain of 1a is connected to the drain of NMOS 51b at node N51. Node N5 in PMOS 51a
The voltage of 1 is input to the gate which is the control electrode,
The voltage of 51 controls the conduction state of the PMOS 51a. The source of the NMOS 51a is connected to the ground potential Vss, and the gate of the NMOS 51b has an input voltage Vi.
Has been entered. The bias voltage generator 52 includes a PMOS 52 connected between the power supply potential Vdd and the ground potential Vss.
a and an NMOS 52b. The source of the PMOS 52a is connected to the power supply potential Vdd, and the drain of the PMOS 52a is connected to the drain of the NMOS 52b at the node N52. The input voltage V is applied to the gate of the PMOS 52a.
i is input, and the gate of the NMOS 52b is the node N52.
It is connected to the. The voltage of the node N52 is NMOS52
This is a configuration for controlling the conduction state of b. The source of the NMOS 52 is connected to the ground potential Vss.

【0011】各ノードN51,52は、CMOSで構成
されたトランスファゲート53,54にそれぞれ接続さ
れている。さらに、バイアス電圧発生回路50は入力電
圧Vi を入力するインバータ55と、このインバータ5
5の出力側に接続されたインバータ56とを、設けてい
る。トランスファゲート53,54は、インバータ55
及びインバータ56の出力電圧に応じてノードN51,
52の電圧を選択しリングオシレータ60に送出する接
続である。リングオシレータ60は入力信号Vi に基づ
いた発振周波数fを出力用インバータ70へ出力するも
のであり、出力用インバータ70の出力が出力端子Ou
tから出力される。リングオシレータ60は図2及び図
5におけるリングオシレータと同様の構成であり、5段
のインバータ61,62,63,64,65を有してい
る。各インバータ61〜65はCMOSの構成され、イ
ンバータ61はドレイン同士がノードN61で接続され
たPMOS61a、NMOS61bで構成されている。
同様に、各インバータ62,63,64,65は、ノー
ドN62,N63,N64,N65にドレイン同士が接
続されたPMOS62a,NMOS62bと、PMOS
63a,NMOS63bと、PMOS64a,NMOS
64bと、PMOS65a,NMOS65bとでそれぞ
れ構成されている。各ノードN61,N62,N63,
N64は、インバータ61,62,63,64のそれぞ
れの出力端子として次段のCMOSのゲートに接続さ
れ、ノードN65は、出力用インバータ70の出力端子
に接続されると共に、インバータ61のCMOSである
PMOS61a、NMOS61bのゲートに接続されて
いる。各インバータの61,62,63,64,65中
のPMOS61a〜65aのソースと電源電位Vddの
間には、それらPMOS61a〜65aに流れる電流を
制御するPMOS61c〜65cがそれぞれ接続され、
各NMOS61b〜65bのソースと接地電位Vssの
間には、NMOS61b〜65bに流れる電流を制御す
るNMOS61d〜65dがそれぞれ接続されている。
各PMOS61c〜65cのゲートには、バイアス発生
回路50で選択されたノードN51またはN52の出力
電圧が与えられ、NMOS61d〜65dのゲートに
は、入力電圧Vi が与えられている構成である。NMO
S61d〜65dは入力電圧Vi で導通状態が制御され
る構成である。
Each of the nodes N51, 52 is connected to a transfer gate 53, 54 formed of CMOS, respectively. Further, the bias voltage generating circuit 50 includes an inverter 55 for inputting the input voltage Vi and the inverter 5
5 and the inverter 56 connected to the output side. The transfer gates 53 and 54 include an inverter 55.
And a node N51 depending on the output voltage of the inverter 56,
This is a connection for selecting the voltage of 52 and sending it to the ring oscillator 60. The ring oscillator 60 outputs the oscillation frequency f based on the input signal Vi to the output inverter 70, and the output of the output inverter 70 is the output terminal Ou.
It is output from t. The ring oscillator 60 has the same configuration as the ring oscillator in FIGS. 2 and 5, and has five stages of inverters 61, 62, 63, 64, and 65. Each of the inverters 61 to 65 has a CMOS structure, and the inverter 61 has a PMOS 61a and an NMOS 61b whose drains are connected to each other at a node N61.
Similarly, each of the inverters 62, 63, 64, 65 includes a PMOS 62a, an NMOS 62b whose drains are connected to nodes N62, N63, N64, N65, and a PMOS 62a.
63a, NMOS 63b and PMOS 64a, NMOS
64b, and a PMOS 65a and an NMOS 65b. Each node N61, N62, N63,
N64 is connected to the gate of the CMOS of the next stage as the output terminal of each of the inverters 61, 62, 63 and 64, and the node N65 is connected to the output terminal of the output inverter 70 and is the CMOS of the inverter 61. It is connected to the gates of the PMOS 61a and the NMOS 61b. Between the sources of the PMOSs 61a to 65a in the inverters 61, 62, 63, 64 and 65 and the power supply potential Vdd, the PMOSs 61c to 65c for controlling the currents flowing in the PMOSs 61a to 65a are connected, respectively.
Between the sources of the NMOSs 61b to 65b and the ground potential Vss, the NMOSs 61d to 65d for controlling the currents flowing in the NMOSs 61b to 65b are connected, respectively.
The output voltage of the node N51 or N52 selected by the bias generation circuit 50 is applied to the gates of the PMOSs 61c to 65c, and the input voltage Vi is applied to the gates of the NMOSs 61d to 65d. NMO
S61d to 65d have a configuration in which the conduction state is controlled by the input voltage Vi.

【0012】次に、図1のVCOの動作を説明する。入
力電圧Vi がバイアス電圧発生部51のNMOS51b
のゲートに与えられ、その入力電圧Vi に応じて、NM
OS51bの抵抗値が変化してノードN51の電圧が変
化する。ノードN51の電圧変化に伴い、PMOS51
aの導通状態も変化してノードN51の電圧が確定す
る。即ち、ノードN51の電圧は、図3のように出力電
圧特性で示される電圧となる。バイアス電圧発生部52
においても同時に入力電圧Vi がPMOS52aのゲー
トに与えられ、その入力電圧Viに応じて、PMOS5
2aの抵抗値が変化してノードN52の電圧が変化す
る。ノードN52の電圧変化に伴い、NMOS52bの
導通状態も変化してノードN52の電圧が確定する。ノ
ードN52の電圧は、図6のような出力電圧特性で示さ
れる電圧となる。ノードN51の電圧はトランスファゲ
ート53に送出され、ノードN52の電圧はトランスフ
ァゲート54に送出される。一方、入力電圧Vi のレベ
ルが、インバータ55のスレシッショルド電圧よりも低
い場合、トランスファゲート53がオンしてトランスフ
ァゲート54がオフする。そのため、リングオシレータ
60中のPMOS61c〜65cのゲートにはノードN
51の電圧が選択供給される。また、入力電圧Vi のレ
ベルがインバータ55のスレシッショルド電圧よりも高
い場合、トランスファゲート53がオフしてトランスフ
ァゲート54がオンする。そのため、リングオシレータ
60中のPMOS61c〜65cのゲートにはノードN
52の電圧が選択供給される。図8は、図1のバイアス
電圧発生回路の出力電圧を示す特性図である。
Next, the operation of the VCO shown in FIG. 1 will be described. The input voltage Vi is the NMOS 51b of the bias voltage generator 51.
Is applied to the gate of the
The resistance value of the OS 51b changes and the voltage of the node N51 changes. As the voltage of the node N51 changes, the PMOS51
The conduction state of a also changes and the voltage of the node N51 is determined. That is, the voltage of the node N51 becomes the voltage shown by the output voltage characteristic as shown in FIG. Bias voltage generator 52
Also at the same time, the input voltage Vi is applied to the gate of the PMOS 52a, and the PMOS 5 is turned on in accordance with the input voltage Vi.
The resistance value of 2a changes and the voltage of the node N52 changes. As the voltage of the node N52 changes, the conduction state of the NMOS 52b also changes and the voltage of the node N52 is fixed. The voltage of the node N52 becomes the voltage shown by the output voltage characteristic as shown in FIG. The voltage of node N51 is sent to transfer gate 53, and the voltage of node N52 is sent to transfer gate 54. On the other hand, when the level of the input voltage Vi is lower than the threshold voltage of the inverter 55, the transfer gate 53 turns on and the transfer gate 54 turns off. Therefore, the node N is connected to the gates of the PMOSs 61c to 65c in the ring oscillator 60.
The voltage of 51 is selectively supplied. When the level of the input voltage Vi is higher than the threshold voltage of the inverter 55, the transfer gate 53 is turned off and the transfer gate 54 is turned on. Therefore, the node N is connected to the gates of the PMOSs 61c to 65c in the ring oscillator 60.
The voltage of 52 is selectively supplied. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the output voltage of the bias voltage generating circuit of FIG.

【0013】各トランスファゲート53,54の動作に
よってPMOS61c〜65cのゲートに供給されるバ
イアス電圧発生回路50の出力電圧は、入力電圧Vi の
変化に対して図8のようになる。即ち、入力電圧Vi の
変化に対して線形に変化する線形領域が広くなってい
る。リングオシレータ60は、第1及び第2の従来例と
同様の動作を行う。即ち、各段のインバータ61〜65
における遅延時間が、バイアス電圧発生回路50の出力
電圧と入力電圧Vi によって制御され、その制御に応じ
た発振周波数fで発振する。リングオシレータ60の発
振周波数fを出力するノードN65の電圧が、の出力用
インバータ70で反転されて出力端子Outから出力さ
れる。図9は、図1のVCOの入力電圧と発振周波数の
関係を示す特性図である。バイアス電圧発生回路50か
ら送出するバイアス電圧の線形領域が広くなっているの
で、図9のように、このVCOにおいて入力電圧Vi の
変化に対して発振周波数fが線形で変化する領域が広く
なる。以上のように、本実施例では、入力電圧Vi に対
して異なる出力電圧特性を持ったバイアス電圧発生部5
1,52を備え、入力電圧Vi に基づいてそれらの出力
電圧を選択してリングオシレータ60に送出する構成に
している。そのため、バイアス電圧回路50の出力電圧
特性は、入力電圧Vi に対して線形の部分が広げられ、
VCOの発振周波数fにおいても入力電圧Vi に比例す
る範囲が広げられる。なお、本発明は、上記実施例に限
定されず種々の変形が可能である。例えば、入力電圧V
i に対して異なる出力電圧特性を持ったバイアス電圧発
生部をバイアス電圧発生部51,52の2個としている
が、さらに数をましてVCOの線形領域を拡大すること
も可能である。
The output voltage of the bias voltage generating circuit 50 supplied to the gates of the PMOSs 61c to 65c by the operation of the transfer gates 53 and 54 becomes as shown in FIG. 8 with respect to the change of the input voltage Vi. That is, the linear region that changes linearly with the change of the input voltage Vi is wide. The ring oscillator 60 operates similarly to the first and second conventional examples. That is, the inverters 61 to 65 of each stage
The delay time is controlled by the output voltage and the input voltage Vi of the bias voltage generation circuit 50, and oscillates at the oscillation frequency f according to the control. The voltage of the node N65 that outputs the oscillation frequency f of the ring oscillator 60 is inverted by the output inverter 70 and output from the output terminal Out. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage of the VCO of FIG. 1 and the oscillation frequency. Since the linear region of the bias voltage sent from the bias voltage generation circuit 50 is wide, the region in which the oscillation frequency f changes linearly with respect to the change of the input voltage Vi in this VCO becomes wide. As described above, in this embodiment, the bias voltage generator 5 having different output voltage characteristics with respect to the input voltage Vi.
1, 52 are provided, and those output voltages are selected based on the input voltage Vi and are sent to the ring oscillator 60. Therefore, in the output voltage characteristic of the bias voltage circuit 50, the linear portion is widened with respect to the input voltage Vi,
Also in the oscillation frequency f of the VCO, the range proportional to the input voltage Vi is expanded. The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, input voltage V
Two bias voltage generators having different output voltage characteristics with respect to i are used as the bias voltage generators 51 and 52, but the linear region of the VCO can be expanded by further increasing the number.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、入力電圧に対して異なる出力電圧特性を持ったバ
イアス電圧発生部を備え、バイアス電圧発生部の出力を
入力電圧に基づいてバイアス電圧として選択してリング
オシレータに送出する構成としている。そのため、例え
ば、入力電圧に対して出力電圧が線形に変化するバイア
ス電圧発生部の出力を、入力電圧に応じて選択すること
ができ、入力電圧に比例してVCOの発振周波数の変化
するVCOの線形領域を広げることができる。
As described in detail above, according to the present invention, a bias voltage generating section having different output voltage characteristics with respect to an input voltage is provided, and the output of the bias voltage generating section is based on the input voltage. The bias voltage is selected and sent to the ring oscillator. Therefore, for example, the output of the bias voltage generator whose output voltage changes linearly with respect to the input voltage can be selected according to the input voltage, and the output of the VCO whose oscillation frequency of the VCO changes in proportion to the input voltage. The linear region can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示すVCOの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a VCO showing an embodiment of the present invention.

【図2】第1の従来例を示すVCOの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a VCO showing a first conventional example.

【図3】図2のバイアス電圧発生回路の入力電圧に対す
る出力電圧を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an output voltage with respect to an input voltage of the bias voltage generating circuit of FIG.

【図4】図2のVCOの入力電圧と発振周波数の関係を
示す特性図である。
4 is a characteristic diagram showing a relationship between an input voltage of the VCO of FIG. 2 and an oscillation frequency.

【図5】第2の従来例を示すVCOの回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a VCO showing a second conventional example.

【図6】図5のバイアス電圧発生回路の入力電圧に対す
る出力電圧を示す特性図である。
6 is a characteristic diagram showing an output voltage with respect to an input voltage of the bias voltage generating circuit of FIG.

【図7】図5のVCOの入力電圧と発振周波数の関係を
示す特性図である。。
7 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage of the VCO of FIG. 5 and the oscillation frequency. .

【図8】図1のバイアス電圧発生回路の出力電圧を示す
特性図である。
8 is a characteristic diagram showing an output voltage of the bias voltage generating circuit of FIG.

【図9】図1のVCOの入力電圧と発振周波数の関係を
示す特性図である。
9 is a characteristic diagram showing a relationship between an input voltage of the VCO of FIG. 1 and an oscillation frequency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50 バイアス電圧発生
回路 51,52 バイアス電圧発生
部 53,54 トランスファゲー
ト 60 リングオシレータ 61〜65 インバータ 61a〜65a,61c〜65c PMOS 61b〜65b,61d〜65d NMOS Vi 入力電圧
50 bias voltage generation circuit 51,52 bias voltage generation part 53,54 transfer gate 60 ring oscillator 61-65 inverter 61a-65a, 61c-65c PMOS 61b-65b, 61d-65d NMOS Vi input voltage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力電圧に対応したバイアス電圧を生成
するバイアス電圧発生回路と、内臓した奇数段のインバ
ータにおける各段のインバータの出力電圧が遅延して次
段のインバータへそれぞれ供給され最終段のインバータ
の出力電圧が遅延して初段のインバータに供給されて発
振し、前記入力電圧と前記バイアス電圧とに基づいて該
各段のインバータの出力電圧の遅延が制御されて該発振
周波数が変化するリングオシレータとを備え、前記入力
電圧に対応した周波数を出力する電圧制御発振器におい
て、 前記バイアス電圧発生回路は、前記入力電圧に対してそ
れぞれ異なる出力電圧特性を持つ複数のバイアス電圧発
生部を有し、前記入力電圧に応じて前記複数のバイアス
電圧発生部の生成する電圧を前記バイアス電圧として選
択する構成とした、 ことを特徴とする電圧制御発振器。
1. A bias voltage generating circuit for generating a bias voltage corresponding to an input voltage, and an output voltage of each stage of the built-in odd-numbered inverters is delayed and supplied to the next-stage inverter, respectively. A ring in which the output voltage of the inverter is delayed and supplied to the first-stage inverter to oscillate, and the delay of the output voltage of the inverter of each stage is controlled based on the input voltage and the bias voltage to change the oscillation frequency. An oscillator, comprising: a voltage-controlled oscillator that outputs a frequency corresponding to the input voltage, wherein the bias voltage generation circuit has a plurality of bias voltage generation units having different output voltage characteristics with respect to the input voltage, A configuration in which a voltage generated by the plurality of bias voltage generating units is selected as the bias voltage according to the input voltage. And, a voltage controlled oscillator, characterized in that.
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