JPH088650A - 水晶発振回路 - Google Patents

水晶発振回路

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JPH088650A
JPH088650A JP13686894A JP13686894A JPH088650A JP H088650 A JPH088650 A JP H088650A JP 13686894 A JP13686894 A JP 13686894A JP 13686894 A JP13686894 A JP 13686894A JP H088650 A JPH088650 A JP H088650A
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JP
Japan
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oscillation
inverter
nmos
level
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP13686894A
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English (en)
Inventor
Masaru Sugai
賢 菅井
Shigeo Kuboki
茂雄 久保木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、発振起動時の電流を必要最低
限の値に最適化することにより、消費電流を低減するこ
とである。また、発振検出回路を付加することなく低電
圧発振回路を実現することである。 【構成】水晶発振回路を(1)発振起動回路、(2)発
振起動後、発振を維持させるための回路で構成し(1)
と(2)の切り替えを既存の機能を利用して行う。 【効果】水晶発振回路において発振検出を行う特別な回
路を設けることなく、発振起動時の消費電流の最適化が
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCMOS発振回路に係
り、特にコードレス電話器のようにバッテリー駆動され
る機器において、バッテリー数を削減し低電圧化した場
合にもAC電源を整流し安定化した電圧で駆動される場
合と同様に安定かつ確実に発振するCMOS発振回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のCMOS水晶発振回路の低電圧駆
動方式については、例えば特願平2−29412 号公報「水
晶発振回路」において述べられている。この方式を図3
に示す。この方式によるとCMOSインバータ1,帰還
抵抗7,水晶振動子6からなる水晶発振回路において、
CMOSインバータ1の出力側にプルアップ用スイッチ
MOS4および抵抗素子10を設ける。発振起動後安定
化するまではこのプルアップ用スイッチMOS4をオン
状態にし、抵抗素子10を電源に接続する。発振起動安
定後はスイッチMOS4をオフ状態にし抵抗素子10を
切り離す。発振起動時に電源に接続された抵抗素子10
とCMOSインバータ1のNMOS1bがNMOSイン
バータを構成し低電圧でも発振を開始する。これはCM
OSインバータの発振回路の発振開始電圧がPMOSの
VthとNMOSのVthの和に依存するのに対し、N
MOSインバータではNMOSのVthだけに依存する
ため、NMOSインバータの発振回路の発振開始電圧が
CMOSインバータのそれとくらべて低いことを利用し
たものである。
【0003】発振が安定した後スイッチMOS4をオフ
状態にすることにより抵抗素子10を切離しCMOSイ
ンバータ1のみの発振回路として消費電流の低減を図っ
ている。この切り替え方式を図5に示す。この方式で
は、発振が起動,安定したかどうかの判断は発振安定を
検知する回路を別途設け、この回路からの制御信号によ
りPMOSをON/OFFする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記回路では、発振が
起動,安定した後は、低消費電流のCMOSインバータ
発振回路となるため消費電流を小さく抑えることができ
るが、発振起動時にはNMOSインバータで消費される
電流に加えてCMOSインバータでも電流が消費される
ので発振起動時には大電流が流れるという問題点があっ
た。発振開始電圧はNMOSインバータのVthに依存
する為、CMOSインバータは発振起動には、まったく
寄与していない。したがってCMOSインバータで消費
される電流は不必要な消費電流であるといえる。
【0005】また、発振が起動し安定したことを検知す
るために発振検出回路を設ける必要があった。この発振
検出回路は回路規模も大きくなり、LSIチップのチッ
プサイズに影響をおよぼす、また、発振起動後は不必要
な回路となる。
【0006】この発振回路を含むLSIを例えば電話器
に応用しようとする場合、電話器がオンフック状態のと
きLSIは発振を停止させる低消費電流モードで待機状
態にあるが、オフフック状態になったときLSIは発振
を開始し通常モードで動作する。この発振起動時に大電
流を消費する。このため、オンフックからオフフックへ
の動作が頻繁に繰り返される時には消費電流が大きくな
り望ましくない。
【0007】本発明の目的は、発振起動時の電流を必要
最低限の値に最適化することにより、消費電流を低減す
ることである。また、発振検出回路を付加することなく
低電圧発振回路を実現することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため(1)発振起動回路、(2)発振起動後、発振
を維持させるための回路を設け、発振起動時には(1)
のみを動作させ、発振起動後は(2)のみを動作させる
発振回路を提案するものである。
【0009】また、発振検出を特別な回路を設けること
なく既存の機能を利用して行うことを提案するものであ
る。
【0010】
【作用】上記手段によれば、発振検出を行う特別な回路
を設けることなく発振起動時の消費電流の最適化が可能
である。
【0011】
【実施例】
実施例1 図1は本発明の第1の実施例を示す水晶発振回路の回路
図である。この水晶発振回路は並列された水晶振動子6
および帰還抵抗7を有し、その水晶振動子6の両端と接
地電位GNDとの間には容量8,9がそれぞれ接続され
ている。水晶振動子6の容量9のノードと容量8のノー
ドにはCMOSインバータ1が接続されている。CMO
Sインバータ1はPMOS1aとNMOS1bを有し、
NMOS1bは接地電位GND、PMOS1aは電源ON/O
FF用のスイッチMOS2を介して電源電位VCCに接続
されている。また、このCMOSインバータ1と並列に
NMOSインバータ5が接続されている。NMOSイン
バータ5は抵抗素子5aとNMOS5bを有し、NMO
S5bは接地電位GND、抵抗素子5aは電源ON/O
FF用のスイッチMOS4を介して電源電位VCCに接続
されている。
【0012】CMOSインバータ1の電源はスイッチM
OS2によってON/OFFされ、この制御は制御信号
CSで行われる。またNMOSインバータ5の電源はス
イッチMOS4によってON/OFFされ、この制御は
制御信号CSの反転信号で行われる。
【0013】次に、動作を説明する。
【0014】発振動作を開始させるには電源電圧VCC
印加すると共に“H”レベルの制御信号CSをスイッチ
MOS2のゲートに印加してスイッチMOS2をオフ状
態にする。また、制御信号CSはインバータ3により反
転され“L”レベルの信号となりスイッチMOS4に印
加されスイッチMOS4はオン状態になる。スイッチM
OS2がオフ状態であるのでCMOSインバータ1には
電源が供給されず、動作は行われない。スイッチMOS
4はオン状態であるのでNMOSインバータ5には電源
が供給されNMOSインバータ5は動作状態となる。す
なわち、発振起動時にはNMOSインバータ5のみで発
振を起動することになる。電源が供給されるとNMOS
インバータ5の抵抗素子5aによって容量8が充電され
る。容量8が充電されるとさらに、水晶振動子6と帰還
抵抗7を通して容量9が充電される。容量9の充電電圧
がNMOS5bのスレッショルド電圧Vth以上になる
とNMOSインバータ5がオン状態となる。すると、容
量8,9の蓄積電荷がNMOS5bを通して接地電位G
ND側へ放電され出力ノードOUTが電源電圧VCCから
接地電位GNDへ変化する。容量8,9の電位がNMO
S5bのスレッショルド電圧Vth以下になるとNMO
S5bがオフ状態となり、容量8,9は再び抵抗素子5
aを通して充電される。これら一連の動作の繰返しによ
り発振は開始される。この時消費される電流は、NMO
Sインバータ5によって消費される電流だけであり、C
MOSインバータ1では電流は消費されない。
【0015】発振が起動されると制御信号CSを“H”
レベルから“L”レベルへ変化させる。制御信号CSが
“L”レベルになるとスイッチMOS2がオン状態とな
りCMOSインバータ1に電源が供給される。また、制
御信号CSが“L”レベルになるとインバータ3がこの
信号を反転して“H”レベルをスイッチMOS4に印加
しスイッチMOS4はオフ状態となる。スイッチMOS
4がオフ状態になると、NMOSインバータ5は電源が
供給されないため動作が停止する。この一連の動作によ
り発振駆動素子がNMOSインバータ5からCMOSイ
ンバータ1へ切り替わるのだが、ここで大事なことは、
インバータ3の素子遅延時間のあいだ、CMOSインバ
ータ1もNMOSインバータ5もどちらにも電源が供給
されるため、発振が途切れることなく発振駆動素子の変
更が行われる。もしスイッチMOS2がオン状態になる
前にスイッチMOS4がオフ状態になると、発振が途絶
えてしまい発振は停止する。
【0016】このように、制御信号CSを“H”レベル
から“L”レベルへ変化させることによりスムーズに発
振駆動素子の変更が行われ、定常状態では消費電流の小
さいCMOSインバータ1のみによって発振が継続され
る。
【0017】実施例2 図2は本発明の第2の実施例を示す水晶発振回路の回路
図である。
【0018】この水晶発振回路は、従来技術の特願平2
−294112 号公報「水晶発振回路」に本発明を適用した
ものである。図1中NMOS5bをNMOS1bと共有
し素子数を減らした例である。
【0019】実施例1と同様に電源電圧VCCを印加する
と共に“H”レベルの制御信号CSをスイッチMOS2
のゲートに印加してスイッチMOS2をオフ状態にす
る。また、制御信号CSはインバータ3によって反転さ
れスイッチMOS4のゲートに“L”レベルとして印加
される。容量8,9は実施例1と同じ手順で充電され容
量9の充電電圧がNMOS1bのスレッショルド電圧V
th以上になるとNMOS1bオン状態となる。する
と、容量8,9の蓄積電荷がNMOS1bを通して放電
され出力ノードOUTが電源電圧VCCから接地電位GN
Dへ変化する。以下実施例1と同一の手順で発振は起動
される。この時消費される電流は抵抗素子10とNMO
S1bで構成されるNMOSインバータによって消費さ
れる電流だけであり、CMOSインバータ1では電流は
消費されない。
【0020】発振起動後は実施例1と同様に制御信号C
Sを“H”から“L”レベルへ変化させCMOSインバ
ータ1だけで発振を継続させる。このとき切り替えの手
順は実施例1と同じである。
【0021】実施例3 図4に請求項3記載の制御方式の実施例を示す。
【0022】通常、マイコン等のLSIにおいては、電
源電圧VCCを印加すると共にパワーオンリセット信号を
入力し、LSIの内部をリセットし初期化する。LSI
の内部が初期化された後、パワーオンリセット信号を解
除すると同時にLSIは動作を開始する。また、このパ
ワーオンリセット信号は発振起動までの待機時間も兼ね
ている。電源電圧VCCを印加した後発振回路が発振する
までの間LSIをリセット状態に保ち、LSIの発振不
安定による暴走を防ぐ役割も担っている。
【0023】このパワーオンリセット信号を実施例2で
示した「水晶発振回路」の制御信号CSへ入力した例が
本実施例である。
【0024】LSI13はパワーオンリセット信号が
“H”レベルの時リセットがかかり、“L”レベルでリ
セット解除となり動作を開始するものとする。電源電圧
CCがLSI13に印加されると共に“H”レベルのパ
ワーオンリセット信号が印加される。水晶発振回路11
の制御信号CSにはパワーオンリセット信号の“H”レ
ベルが入力されるため、スイッチMOS4がオン状態と
なり抵抗素子10とNMOS1bで構成されるNMOS
インバータにより実施例2で示した手順で発振が起動さ
れる。発振が起動され、LSIが初期化された後、パワ
ーオンリセット信号は“L”レベルへ変化する。これに
伴い水晶発振回路11の制御信号CSも“H”レベルか
ら“L”レベルへ変わるため、実施例2で示した手順で
発振駆動素子が抵抗素子10とNMOS1bで構成され
るNMOSインバータからCMOSインバータ1に切り替わ
る。また、LSIもこの時点から通常動作を開始するた
め、LSIの通常動作中は消費電流の小さいCMOSイ
ンバータ1で発振を継続する。
【0025】本実施例ではパワーオンリセット信号を用
いたが、これと同様な働きをする信号なら他の信号でも
実現可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明によって得られる効果を簡単に説
明すれば下記のとおりである。即ち、水晶発振回路にお
いて発振起動時に低電圧起動可能な素子で起動し、起動
後は低消費電流の素子へ切り替えることにより、発振起
動時の消費電流の最適化が図られる。また、この時の切
り替え信号に既存の信号を用いることにより、LSIの
内部回路規模が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す水晶発振回路の回
路図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す水晶発振回路の回
路図である。
【図3】水晶発振回路の従来技術を示す図である。
【図4】水晶発振回路の発振駆動素子の切り替え制御方
式の代表的な実施例を示す図である。
【図5】水晶発振回路の発振駆動素子の切り替え制御方
式の従来技術を示す図である。
【符号の説明】
1…CMOSインバータ、2,4…スイッチMOS、3
…インバータ、5…NMOSインバータ、6…水晶振動
子、7…帰還抵抗、8,9…容量、10…抵抗素子、1
1…水晶発振回路、12…発振検出回路、13…LS
I。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】並列接続された水晶振動子及び帰還抵抗と
    前記水晶振動子と前記水晶振動子に接続された充放電用
    の容量と前記容量の充放電の切り替えを行って発振信号
    を出力ノードへ出力するCMOSインバータとを備えた
    水晶発振回路において、前記CMOSインバータと並列
    にNMOSインバータを接続し発振起動時にはNMOSイン
    バータのみにより充放電を行い発振を起動し発振起動安
    定後はCMOSインバータのみにより発振を行う機能を
    設けたことを特徴とする水晶発振回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の水晶発振回路において、前
    記NMOSインバータをPMOSインバータで構成した
    ことを特徴とする水晶発振回路。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の水晶発振回路におい
    て、発振起動時にNMOSまたはPMOSインバータか
    らCMOSインバータへ切り替える制御信号に発振起動
    させるためのコントロール信号(例、マイクロコンピュ
    ータ(以下マイコンと称す)の場合パワーオンリセット信
    号等)を用いたことを特徴とする水晶発振回路。
JP13686894A 1994-06-20 1994-06-20 水晶発振回路 Pending JPH088650A (ja)

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JP13686894A JPH088650A (ja) 1994-06-20 1994-06-20 水晶発振回路

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JP13686894A Pending JPH088650A (ja) 1994-06-20 1994-06-20 水晶発振回路

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JP (1) JPH088650A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013207363A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Seiko Epson Corp 回路装置、発振装置及び電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013207363A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Seiko Epson Corp 回路装置、発振装置及び電子機器

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