JPH10135739A - 発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 消費電力の増大を招かずに、発振開始時間の短縮化が可
能な発振回路を提供する。 【解決手段】 発振バッファ１１０の出力端子及び入力
端子を入力とする差動アンプ１２０を接続する。電源投
入開始直後の小振幅の信号を差動アンプ１２０が増幅す
ることにより外部に安定して発振信号を供給する。発振
バッファ１１０を含むループの発振が安定した場合に
は、差動アンプ１２０を非動作状態に移行させるととも
に、バッファ１１８を動作状態とし、バッファ１１８か
ら発振信号を取り出す。バッファ１１８は、差動アンプ
１２０より増幅率が小さく消費電力が小さいので、消費
電力の低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発振回路、特に発
振開始時間の短縮化を図ることが可能な発振回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発振回路は、種々の電子装置において用
いられている。また、近年においては半導体チップ上に
発振回路を構成する場合も多い。

【０００３】例えば、半導体チップ上において構成され
ている発振回路の回路図例が図５に示されている。図５
に示されているように、この発振回路は、発振バッファ
１０と、所定のフィードバック回路とからなるフィード
バックループで構成されている。このフィードバック回
路は、図５の例においてはフィードバック抵抗１２と、
発振振動子１４と、２個のコンデンサ１６と、から構成
されている。

【０００４】この発振バッファ１０は、図５に示されて
いるように反転バッファが用いられている。また発振振
動子１４としては水晶振動子などが用いられる。このよ
うにして構成したフィードバックループにおいては、発
振バッファ１０のゲインに依存して、発振バッファ１０
の入力端子に現れる信号が増幅されて発振バッファ１０
の出力端子に伝達される。そして、さらに発振バッファ
１０の出力信号はバッファ１８により波形整形され発振
信号として取り出される。

【０００５】この図５に示されているような従来の発振
回路においては、その電源投入時には発振バッファ１０
の入力端子や出力端子に現れる信号の振幅は非常に小さ
い。この発振回路は非常に小さい信号の振幅を発振バッ
ファ１０によって徐々に増幅しながら信号の振幅を大き
くしてゆく。従って、発振バッファ１０のゲインが小さ
い場合には、安定した振幅で発振が行われるまでの時間
（発振開始時間）が非常に長くなる傾向にある。特に、
電源投入から、発振振幅が安定するまでの時間は発振周
波数が低い場合に長くなる傾向が見られる。

【０００６】この発振開始時間を短縮するためには発振
バッファ１０のゲインの値を大きくすることが考えられ
る。しかしながら、発振バッファ１０のゲインを大きく
すると発振が安定して行われている場合の消費電力が増
大してしまうため、発振バッファ１０のゲインを大きく
することにも限界がある。そのため、発振バッファ１０
のゲインは、そのゲインに基づく消費電力と発振開始時
間とを比較考量して決定することになる。

【０００７】特に、携帯電話などのポータブル機器にお
いては、消費電力を制限する必要があることから、電源
投入直後から安定した振幅による発振が行われるまでに
１秒程度も要することもあった。なお、図５に示されて
いるように、この従来の発振回路の出力信号は発振バッ
ファ１０の出力端子から出力バッファ１８を介して外部
に取り出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、発振の起
動を迅速にするために、発振バッファ１０のゲインを大
きくすることは、電子機器の消費電力の増大を招いてし
まう。特に、近年はノート型パソコンや携帯電話などバ
ッテリー駆動の電子機器が多数利用される傾向にあり、
電子機器の低消費電力化が強く叫ばれている。上記発振
バッファ１０のゲインを上昇させることは、このような
低消費電力化の要求に反するものである。

【０００９】さらに、携帯電子機器においては、一層の
低消費電力を図るために、発振回路を一時的に停止させ
たり、また必要になった場合に再起動をかけることなど
が頻繁に行われている。そのため、発振の停止及び再起
動が頻繁に行われ、発振開始時間を短縮化することの重
要性が増してきている。

【００１０】本発明は、かかる課題に鑑みなされたもの
であり、消費電力の増大化を招かずに、発振開始時間を
短縮することが可能な発振回路を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、フィードバックループに反転バッファを
含む発振回路において、前記フィードバックループ中の
信号を増幅する増幅回路と、電源投入時には、前記増幅
回路を動作させるとともに前記増幅回路の出力信号を選
択し、電源投入後所定時間経過後には、前記増幅回路の
動作を停止するとともに前記フィードバックループ中の
信号を選択する選択回路であって、前記選択した信号を
本発振回路の出力信号として外部に出力する選択回路
と、を含むことを特徴とする発振回路である。

【００１２】電源投入直後においては、フィードバック
ループ中の微小信号は増幅回路によって振幅が増大して
から出力される。そして、所定時間が経過し、フィード
バックループ中の信号の振幅が大きくなると、前記増幅
回路は動作停止し、フィードバックループ中の信号がそ
のまま選択回路を通過して外部に出力される。

【００１３】さらに本発明は、フィードバックループに
反転バッファを含む発振回路において、前記フィードバ
ックループの出力信号を波形整形するバッファと、前記
フィードバックループ中の信号を増幅する増幅回路と、
電源投入時には、前記増幅回路を動作させるとともにそ
の出力信号を選択し、電源投入後所定時間経過後には、
前記増幅回路の動作を停止するとともに前記バッファの
出力信号を選択する選択回路と、を含むことを特徴とす
る発振回路である。

【００１４】電源投入直後においては、フィードバック
ループ中の微小信号は増幅率の大きな増幅回路によって
振幅が増大してから出力される。そして、所定時間が経
過し、フィードバックループ中の信号の振幅が大きくな
ると、増幅率の小さなバッファによって波形整形されて
から外部に出力される。

【００１５】さらに本発明は、前記増幅回路が、前記反
転バッファの出力信号と入力信号の差分信号を増幅する
差動アンプであることを特徴とする発振回路である。

【００１６】差動アンプによれば、振幅の小さい信号に
対しても大きな増幅率を有する増幅回路を容易に構成す
ることが可能である。

【００１７】また、前記増幅回路は、前記反転バッファ
の出力信号又は入力信号と、所定の基準レベル信号との
差分信号を増幅する差動アンプであることを特徴とする
発振回路である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１には、本発明の好適な実施の形態にか
かる発振回路の回路図が示されている。

【００２０】図１に示されているように、本実施の形態
における発振回路も、従来の発振回路と同様に発振バッ
ファ１１０とこの発振バッファ１１０の入力と出力とを
結ぶフィードバック回路とから構成されている。フィー
ドバック回路も、従来と同様にフィードバック抵抗１１
２と発振振動子１１４と、さらにコンデンサ１１６とか
ら構成されている。そして、発振バッファ１１０の出力
信号は波形整形のためのバッファ１１８に供給されてお
り、その出力信号としてクロック信号が出力されてい
る。

【００２１】本実施の形態にかかる発振回路において特
徴的なことは、発振バッファ１１０の出力及び入力を入
力とする差動アンプ１２０を配していることである。差
動アンプ１２０は、反転入力端子は発振バッファ１１０
の出力端子に接続されて、非反転入力端子は発振バッフ
ァ１１０の入力端子に接続されている。このような接続
により、この差動アンプ１２０は発振バッファ１１０の
入力信号と出力信号の差分を増幅する。

【００２２】このような構成により、電源投入直後の発
振開始時における小振幅の発振信号をこの差動アンプ１
２０は増幅する。そして、電源投入直後から所定期間の
間は、バッファ１１８の出力信号の代わりに、この差動
アンプ１２０の出力信号を発振信号として外部に出力す
るのである。従って、電源投入直後の早期に発振信号を
安定させることが可能である。

【００２３】電源投入直後は図１におけるＥＮ信号が
「Ｈ」であり、差動アンプ１２０が動作状態となり、バ
ッファ１１８は非動作状態となる。非動作状態とは、出
力がハイインピーダンス状態になることを意味する。

【００２４】図１におけるＥＮ信号は電源投入後から所
定期間経過後に「Ｌ」に変化し、差動アンプ１２０が非
動作状態に移行し、代わりにバッファ１１８が動作状態
に移行する。この所定時間は、発振バッファ１１０を含
むフィードバックループによる発振が安定するために十
分な期間が選ばれる。従って、電源投入がされてから所
定の期間が経過し発振動作が安定してから差動アンプ１
２０からバッファ１１８への切換が行われるのである。
このような構成により、電源投入直後の発振が安定しな
い期間においては差動アンプ１２０を用いて早期に外部
に発振信号を出力することができ、発振動作が安定した
後には、バッファ１１８を動作させることにより消費電
力の低減を図ることが可能である。これは、差動アンプ
１２０はバッファ１１８より増幅率が大であるため、そ
の消費電力も大だからである。

【００２５】上述したように、従来の発振回路において
発振バッファ１０の増幅率を大きくすれば、電源投入か
ら発振開始までの時間を短くできることが知られてい
た。しかし、そのため消費電力の増大を招いてしまうと
いう問題があった。本実施の形態においては発振バッフ
ァ１１０の増幅率は従来と同様低く抑えたまま、外部に
増幅率の大きな差動アンプ１２０を設け、小さい振幅の
信号を早期に外部に出力することを可能にしたのであ
る。さらに、発振が安定した後には、この差動アンプ１
２０の動作を停止させ、通常のバッファ１１８に動作を
切り換えることにより通常動作時の消費電力の低減を図
ったものである。

【００２６】ＥＮ信号は、電源投入直後は「Ｈ」の信号
であり、発振回路が安定した後には「Ｌ」とならなけれ
ばならない。このようなＥＮ信号は一定の時定数を有す
る回路で簡単に構成することができる。例えば、電源投
入直後のリセット回路の構成などがＥＮ信号の作成に利
用可能である。

【００２７】発振バッファ１１０の出力端子における波
形の変化を表すグラフが図２に示されている。この図２
のグラフにおいて縦軸は発振振幅を表し、横軸は発振が
開始されてからの経過時間をそれぞれ表す。このグラフ
は、電源電圧が投入された場合、もしくは電源電圧が印
加された状態で発振停止機能による発振停止状態からの
復帰時の場合、などにおける発振の開始の様子を表すグ
ラフである。このグラフに示されているように、発振バ
ッファ１１０（１０も同じ）の出力端子の電位は、発振
回路のバイアス点にまず上昇する。図２においては、電
源投入時からこの発振回路のバイアス点に上昇するまで
の時間がｔ０で表されている。そして、このグラフに示
されているように、発振の振幅が徐々に大きくなり、ｔ
１時間経過後に安定した発振状態に移行する。本文にお
いては、このｔ１を安定時間と呼ぶ。この安定時間は、
発振バッファの増幅率などに大きく依存し、上述したよ
うに非常に長くなる場合も生じ、低消費電力化を追求し
た携帯機器などにおいてはこの安定時間が１秒に近くな
る場合も生じていた。

【００２８】従来用いられていたバッファ１８（本実施
の形態のバッファ１１８も同じ）は、従来、発振振幅が
十分に大きくなってから外部にクロック信号を出力す
る。これは、バッファ１８（１１８）の増幅率がそれほ
ど大きくないためである。特に、低消費電力を目的とし
て構成される携帯機器などにおいては、電子回路はいわ
ゆるＣＭＯＳ構成により作成される場合が多いが、この
場合は入力信号は電源電位Ｖｄｄから接地電位ＶＳＳの
間である一定のレベルまで振れる信号でなければ、その
信号変化が例えばバッファ１８（１１８）の出力信号と
して十分には現れないという特性を有している。従っ
て、このようなＣＭＯＳ構成を採用する場合には図２に
示されているように安定時間ｔ１が経過し、発振バッフ
ァ１０（１１０）の出力振幅が十分に大きくなってから
でなければ外部に発振信号（またはクロック信号）に出
力することはできなかったのである。

【００２９】本実施の形態にかかる発振回路（図１参
照）においては、従来と同様のバッファ１１８を用いる
とともに、差動アンプ１２０を用いている。この差動ア
ンプ１２０によって、図２に示されているような安定時
間ｔ１が短縮されるのである。すなわち、この差動アン
プ１２０は従来のバッファ１１８より大きな増幅率を有
しており、かつ、発振バッファ１１０の入力信号と出力
信号の差分を増幅するのである。

【００３０】上述したように、発振が安定した後は、消
費電力を低減するために、ＥＮ信号を切り換え、差動ア
ンプ１２０を非動作状態にし、バッファ１１８を新たに
動作状態とした。この切換のタイミングを検出するため
に、発振が開始されるときの発振信号をモニタする回路
を設けることも好適である。このモニタ回路によって、
発振振幅の大きさを検出し、一定の大きさ以上になった
場合にはＥＮ信号を切り換えて差動アンプ１２０を非動
作状態に移行させるとともに、バッファ１１８を動作状
態に移行させるものである。発振バッファ１１０の発振
振幅の大きさを検出する回路は、振幅を検出する回路と
して従来のものが使用可能である。

【００３１】より簡易な構成としては、電源が投入され
てから所定時間経過後に自動的にＥＮ信号を切り換える
構成も好適である。この場合には、電源電圧の変動や温
度状態の変化などを考慮し、上記所定の時間としては振
幅が安定する時間よりやや長めの時間を設定することが
好適である。所定時間経過した後に、ＥＮ信号を切り換
える構成としては、所定の時定数回路を利用することも
好適であり、また本発振回路の出力信号そのものをカウ
ンタでカウントすることも好適である。このカウンタを
用いることにより、ＥＮ信号の切り換えタイミングを正
確なものとすることが可能である。

【００３２】また、このカウンタを用いることにより、
任意に設定した時間が経過した後に発振信号を初めて外
部に出力するような構成とすることも可能である。この
ような構成とするためには、本発振回路の発振信号を外
部に対してマスクするマスク手段を設けることが必要で
ある。そして、上記カウンタが、本発振回路の発振信号
をカウントし、電源投入後、所定期間が経過するまで
は、上記マスク手段を制御し、本発振回路の発振信号を
外部に対してマスクさせるのである。具体的なマスク手
段としてはＡＮＤゲートや、出力イネーブル端子付きバ
ッファなどが用いられる。

【００３３】このようなカウンタを設けた回路図が図３
に示されている。まずカウンタ１２２は、２つの信号Ｏ
Ｅと上述したＥＮとを出力している。電源投入時にはＥ
Ｎ信号は「Ｈ」であり、差動アンプ１２０が動作状態で
あり、バッファ１１８は非動作状態である。また、もう
一方の信号であるＯＥ信号は電源投入時には「Ｌ」であ
り、最終バッファ１２４は非動作状態である。また、こ
のカウンタ１２２は電源投入と同時にリセットされてい
る。電源が投入されてからこのカウンタ１２２は差動ア
ンプ１２０またはバッファ１１８の出力信号をカウント
する。電源投入直後は上述したようにＥＮ信号が「Ｈ」
であるため、差動アンプ１２０が動作し、カウンタ１２
２はこの差動アンプ１２０の出力信号をカウントする。

【００３４】予めカウンタにセットしておいた所定時間
が経過すると、ＯＥ信号が「Ｈ」に変化し、最終バッフ
ァ１２４が動作状態に移行する。さらに時間が経過する
と、ＥＮ信号を「Ｌ」に変化させる。すると、バッファ
１１８が動作状態となり、外部に発振信号（クロック信
号）が出力されることになる。このようにカウンタ１２
２は差動アンプ１２０とバッファ１１８との切り換えタ
イミングの制御に用いられるとともに、発振開始直後の
不安定な発振状態における信号を除去し発振が安定して
から発振信号を出力するためのマスク信号（ＯＥ）の生
成としても用いることが可能である。

【００３５】さらに別の実施形態として差動アンプ１２
０の一方の端子に参照電圧Ｖｒｅｆを供給した場合の回
路図が図４に示されている。この図に示されているよう
に、差動アンプ１２０の非反転入力端子には参照電圧Ｖ
ｒｅｆが供給されている。また非反転入力端子は図１に
示されている回路と同様に発振バッファ１１０の出力端
子に接続されている。

【００３６】このように、差動アンプ１２０の一方の入
力端子に所定の参照電圧Ｖｒｅｆを供給する場合には、
発振バッファ１１０の出力信号の振幅がこの参照電圧Ｖ
ｒｅｆを越える程度にならなければ、差動アンプ１２０
の出力中に発振信号は現れない。従って、発振バッファ
１１０の出力信号の振幅が参照電圧Ｖｒｅｆに達するま
での小振幅までの期間、発振信号の出力をマスクするこ
とができるという効果が得られる。

【００３７】さらに、この参照電圧Ｖｒｅｆの値を調節
することにより、より安定した最適なレベルでの発振開
始時間を得ることが可能である。

【００３８】このように、従来の発振回路においては図
２における安定時間ｔ１が経過した後でなければ発振信
号が得られなかったが、本発明によれば、この安定時間
を大幅に短縮することが可能となり、電源電圧が供給さ
れてから迅速に安定した発振信号を得ることが可能であ
る。

【００３９】なお、本発明にかかる発振回路はいわゆる
ディスクリートの個別部品によって構成することも可能
であるが、半導体チップ上の発振回路として構成するこ
とももちろん可能である。

【００４０】

【発明の効果】このように、本発明によれば、電源投入
直後のまだ振幅の小さい微小信号を増幅回路によって増
幅して出力したため、電源投入時から短時間に発振信号
を出力することが可能な発振回路が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好適な実施の形態にかかる発振回路
の回路図である。

【図２】 発振バッファを含むフィードバックループに
おける発振信号の変化を表すグラフである。

【図３】 本発明の好適な実施の形態にかかる発振回路
の回路図である。

【図４】 本発明の好適な実施の形態にかかる発振回路
の回路図である。

【図５】 従来の発振回路の回路図である。

【符号の説明】

１０, １１０ 発振バッファ、１２, １１２ フィード
バック抵抗、１４, １１４ 発振振動子、１６, １１６
コンデンサ、１８, １１８ バッファ、１２０ 差動
アンプ、１２２ カウンタ、１２４ 最終バッファ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィードバックループに反転バッファを含
   む発振回路において、 前記フィードバックループの出力信号を波形整形するバ
   ッファと、 前記フィードバックループ中の信号を増幅する増幅回路
   と、 電源投入時には、前記増幅回路を動作させるとともに前
   記増幅回路の出力信号を選択し、電源投入後所定時間経
   過後には、前記増幅回路の動作を停止するとともに前記
   バッファの出力信号を選択する選択回路と、 を含むことを特徴とする発振回路。