JPH07507434A - リング発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 リング発振器 発明の分野 本発明はリング発振器に関する。

発明の背景 新しい製造工程及び新しい適用においては、電源を低電圧にする（現在３．３ｖ 、２，４ｖで１．５ｖは直ぐに予期される）ことが要求されている。進歩した位 相ロックループは制御信号によって変化する安定した発振器を必要とする。

ノイズの多いＶＬＳＩ（超大規模集積回路）の環境に集積された発振器は、周波 数を安定させるために、静かな電源の供給を行う調整器を使用する。これは、通 常の電源供給よりも低電圧でなければならない。

従って、これらの非常に低い供給電源で作動することができ、高品質の高周波数 の出力信号を生じる発振器を提供することが望ましい。

ＣＭＯＳトランジスタを使用し、大部分の正弦波の出力を与えるようになってい るリング発振器を開示する１９８８年７月に発行された１８Ｍ技術公開プレチン の第３１巻第２号の「制御周波数を有するＣ　Ｍ　ＯＳリング発振器」を参照す る。この設計は、周波数の狭（〜範囲の外側の安定性の問題を有する。特に、周 波数が増加すると、振幅が減少し、信号をＣＭＯ５の水準に変換することが困難 になる。

発明の要約 本発明によれば、各段が第１及び第２のトランジスタを有する複数の発振器を有 するリング発振器であって、第１のトランジスタは出力ノードと基準電圧との間 に接続された制御可能な通路と、その段への人力ノードとして作用する制御ノー ドとを有し、第２のトランジスタは、出力ノートと基準電圧との間に接続された 制御可能な通路と、出力ノードに接続された制御ノードを有し、各段のゲインは 、のこぎり歯または各台形の波形を有する出力信号をつくるために第１及び第２ のトランジスタの幅の比によって選択的に決定され、さらに各段は段の速度を制 御し前記出力ノードに接続された３電源を有し、１つの段の人力ノードは前段の 出力ノードに接続されて前記リングを形成し、段の数は作動周波数でリングの周 りで全体で３６０＠の位１目シフトがあるように選択されるリング発振器が提供 される。

同じ長さのトランジスタにおいて、第１のトランジスタの幅は、その段のｄ、ｃ ゲインを決定するために第２のトランジスタの幅のｍ倍に設定することができ、 この場合、ｍａｌである。この比ｍは発振器による波形の出力形状である。ｍの 値が大きくなる程、波形はさらに正弦波から離れて移動する。３段の発振器にお いて、２に近いｍの比は、はぼ正弦波の出力を生じる。本発明は、２より高い比 、好ましくは、２．５の最大値を有する比を使用する。実際には、正確に成形さ れた波形を提供するために選択された最も小さい値を選択する。ｍの最大値は実 際の設＝１、特に実際のレイアウトの設計によって制限される。ｍに対する実際 の最大値は約１０である。

第１と第２のトランジスタは、制御ノードとしてのゲート及び制御可能な通路と してのソースドレン通路を有するｎチャンネルの電界効果デバイスである。トラ ンジスタが同しタイプであるとき、プロセスの変化は、同じ方法でトランジスタ に影響を与える。操作の最大周波数は、ゲインとゲートキャパシタンスの比によ ってのみ制限される。

電源は、制御電圧によってゲート制御されるｐチャンネルトランジスタを有する 。

第１のトランジスタは飽和領域において作動することが好ましい。

各段の電源は、共通の制御信号か、または異なる各制御信号によって制御するこ とができる。

本発明の発振器は、トランジスタのスレッショルド電圧の直ぐ上の水準まで電圧 を下げるように作用することができる。

本発明をさらによく理解して本発明を実際にどのように実施するかを示すために 、−例として添付図面を参照する。

図面の簡単な説明 第１図は、ＭＯ５技術における低電圧反転ゲイン段の回路図である。

第１ａ図は、電源の実施例の回路図である。

第２図は、バイポーラ技術における低電圧反転ゲイン段の回路図である。

第３図は、リング発振器のトランジスタ構造を示す回路図である。

第４図は、第３図の等値論理回路図である。

第５図は、第３図及び第４図の３段のリング発振器の典型的な波形である。

好ましい実施例の説明 第１図は、ＭＯ３技術の停電正反転ゲイン段を示す。

この段は、第１及び第２のトランジスタＴ１、Ｔ２を有し、これらは結合された ドレインと、接地されたソースを有する。第１のトランジスタＴ１のゲートは、 その段の人力Ｓｉｎとして作用し、第２のトランジスタＴ２は出力Ｓｏｕ　ｔと して作用する。第２のトランジスタＴ２のゲートは、ドレインに接続されている 。各段は電源２によって発生される制御電圧によって制御されている。

電源２は供給電圧Ｖｃｃと、第１と第２のトランジスタＴＩ、Ｔ２のドレインと の間に接続されている。電源２とトランジスタＴ１及びＴ２のドレインの間の共 通のノードを参照符号４で示す。第１ａ図に示すように、電源２は、供給電圧Ｖ ｃｃとノード４との間に接続されたソース／ドレイン通路と、供給電圧ＶＣＣに 関してとられる制御信号Ｖを受けるように接続されるゲートとを有する。次の説 明において、制御電流Ｉを参照する場合、実際は制ｇＩ１１Ｔ１圧■から引き出 されることは容易に明らかになる。また、この段は、静電容量Ｃを有し、その最 も大きな部分は、出力Ｓｏｕ　ｔに接続されたトランジスタのゲート容量である 。

トランジスタＴＩ、Ｔ２のゲインの比は、「ｍ」として表示される。ｍの値は、 出力ノードの５ｏｕｔの相対的な充電及び放電速度を制御する。この段の速度（ 及び動作の周波数の位相シフト）は、電源２によって供給される電源Ｉを変化さ せることによって容易に制御される。

第２図は、バイポーラ技術における低電圧反転利得段を示す。また、これは優れ た低電圧作動特性を有し、この速度は正確に同じ方法で電源２を使用して制御す ることができる。これからこの明細書では、ＭＯ３回路に言及するが、同じ考え をバイポーラ技術にも容易に適用することができることを理解すべきである。

第２図において、第１と第２のトランジスタはＴ１′。

Ｔ２′として示すか、第１図と同様に接続されており、ゲートはベースに対応し 、ドレインはコレクタにソースはエミッタに接続されている。

第３図は、３段のリング発振器であり、その３段はＳｌ、Ｓ２．Ｓ３で示されテ ィる。各段Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ３は、第１図に図示したように示す。もちろん同様な リング発振器は、第２図の段を使用して製造される。第４図は、リング発振器を 等価な論理図において示す。各段はいわゆるシングルエンディド段であり、この 段は単一の入力端及びｌ１ｌ−の出力段を有し、反転している。リング発振器の 設計においてよく知られているように、発振のためには次のようなものがなけれ ばならないことが分かっている。

（ｉ）　奇数ｎの段 （ｉｉ）　最小３段 （ｉｌｌ）もし、すべての段が同一ならば、ｍのゲイン比を有する。

ｍ＞１／ｃ　ｏ　ｓ　（ｐ　ｉ／ｎ）ここでｐｉ−３，１４０一段数 ｍ−各段のゲイン数 ３段のリングにおいて、上述した公式はｍ＞２である。

トランジスタが同じ長さである場合、利得ｍ−Ｗ（ＴＩ）／Ｗ　（Ｔ２）であり 、Ｗはトランジスタの幅である。

このように、適当な設計を使用することによってパラメータｍは対応する量だけ 双方のトランジスタに影響を与える製造工程変数とはほぼ無関係につくることが できｍに必要な値及びトランジスタのＩＪ法は、小さい信号及び大きな信号設計 の要求を満たすように選択され、のこぎり形状で台形の波形を形成する。これら の波形をつくるために設計された装置は、すべての作動周波数にわたって発振器 からさらに安定した出力の振幅を生じる。

広範な作動周波数にわたるさらに安定した振幅は、広範な周波数にわたって０Ｍ Ｏ８水準にさらに容易に信頼性を持って変換することができる信号を供給する。

第５図はｍ＝３のとき、第４図の３段の発振器における波形を示す。第４図にお いてノード１．ノード２及びノード３は、Ｎｌ、Ｎ２及びＮ３として表す。

リングの発振周波数は制御電流Ｉによって制御することができる。対称的な構成 において、各段は（反転段において１８０°／ｎに等しい）作動周波数で同じ位 Ｉ１１シフトを有し、制ｇｌ］電流Ｉが同じになるように共通の制御信号を受け る。しかしながら、位相シフトは、ループの完全な位トロシフトが発振周波数で ３６０°と仮定すると、位相シフトは、各段において異なる。この場合において 、個々の段における制御電流は独立して変化することができる。

ＣＣ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．各段が第１及び第２のトランジスタを有する複数の発振器を有するリング発 振器であって、第１のトランジスタは出力ノードと基準電圧との間に接続された 制御可能な通路と、その段への入力ノードとして作用する制御ノードとを有し、 第２のトランジスタは、出力ノードと基準電圧との間に接続された制御可能な通 路と、出力ノードに接続された制御ノードを有し、各段のゲインは、のこぎり歯 または各台形の波形を有する出力信号をつくるために第１及び第２のトランジス タの幅の比によって選択的に決定され、さらに各段は段の速度を制御し前記出力 ノードに接続された各電源を有し、１つの段の入力ノードは前段の出力ノードに 接続されて前記リングを形成し、段の数は作動周波数でリングの周りで全体で３ ６０°の位相シフトがあるように選択されるリング発振器。
2. ２．第１と第２のトランジスタは、制御ノードとしてのゲートと、制御可能な通 路としてのソース／ドレン通路を有するｎチャンネルの電界効果デバイスである 請求項１に記載のリング発振器。
3. ３．第１及び第２のトランジスタはバイポーラトランジスタであり、ベースは制 御ノードであり、コレクタとエミッタとの間に制御可能な通路が伸びている請求 項１に記載のリング発振器。
4. ４．電源は制御電圧によってゲートされるｐチャンネルのＭＯＳ電界効果トラン ジスタを有する請求項１乃至３に記載のリング発振器。