JPH1022794A - Current control system ring oscillator and semiconductor integrated circuit device using it - Google Patents

Current control system ring oscillator and semiconductor integrated circuit device using it

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JPH1022794A
JPH1022794A JP8170824A JP17082496A JPH1022794A JP H1022794 A JPH1022794 A JP H1022794A JP 8170824 A JP8170824 A JP 8170824A JP 17082496 A JP17082496 A JP 17082496A JP H1022794 A JPH1022794 A JP H1022794A
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JP
Japan
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current
ring oscillator
circuit
mos transistor
current source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8170824A
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Japanese (ja)
Inventor
Shikiko Nachi
志貴子 名知
Morohisa Yamamoto
師久 山本
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the current control system ring oscillator in which the characteristic of an oscillator of a phase locked loop(PLL) using a complementary metal oxide semiconductor(CMOS) device used for a digital signal processing function and a high speed operation microcomputer or the like is improved. SOLUTION: The oscillator is a ring oscillator configured by connecting a plurality of stages of delay circuits in cascade, each delay circuit is made up of a CMOS differential amplifier circuit, which comprising a differential amplifier circuit 1 consisting of a couple of MOS TRs, an active load circuit 2 consisting of a couple of MOS TRs, and current sources CS1-CS3 each consisting of a MOS TR, and output terminals OUT1, OUT2 are configured so that they change invertingly/noninvertingly with respect to a DC voltage change at an input terminal IN1 and they change noninvertingly/invertingly with respect to a DC voltage change at an input terminal IN2 and the oscillated frequency is controlled by controlling a current I1 of the current source CS1 and a current I2 of the current sources CS2, CS3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電流制御方式のリ
ング発振器に関し、特にCMOS(Complementary Meta
l Oxide Semiconductor)デバイスのPLL(Phase Lock
ed Loop)の発振器、たとえば映像信号への文字加算機能
や映像信号の多重加算(ピクチャーインピクチャー)機
能に必要な色副搬送波発生用PLLの発振器、文字表示
位置制御信号発生用PLLの発振器、および高速動作マ
イクロコンピュータやディジタル信号処理プロセッサの
クロック発生用PLLの発振器などに好適な電流制御方
式のリング発振器およびそれを用いた半導体集積回路装
置に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current controlled ring oscillator, and more particularly to a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS).
l Oxide Semiconductor (PLL) Phase Lock
ed Loop) oscillator, for example, a PLL oscillator for generating a color sub-carrier, a PLL oscillator for generating a character display position control signal, and a character addition function required for a character addition function to a video signal and a multiplex addition (picture-in-picture) function of a video signal, and The present invention relates to a ring oscillator of a current control method suitable for a high-speed operation microcomputer, a clock generator PLL oscillator of a digital signal processor and the like, and a technique effective when applied to a semiconductor integrated circuit device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】たとえば、発明者が検討した技術とし
て、映像信号処理およびマイクロコンピュータ、ディジ
タル信号処理プロセッサのクロック発生用PLLに適用
される電流制御方式のリング発振器としては、たとえば
特公昭60−25922号公報、特公平4−79170
号公報などに記載されているインバータ形式と、たとえ
ばIEEE/ISSCC95、 Digest of Technical Papers、 Paper
TA6.5 などの文献に記載されている差動回路形式とが一
般的に用いられているものと考えられる。
2. Description of the Related Art For example, as a technique studied by the inventor, a ring oscillator of a current control method applied to a video signal processing, a microcomputer, and a PLL for generating a clock of a digital signal processor is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 60-25922. Bulletin, Tokuhei 4-79170
Inverter types described in Japanese Patent Publications, such as IEEE / ISSCC95, Digest of Technical Papers,
It is considered that the differential circuit type described in the literature such as TA6.5 is generally used.

【0003】この一般的なインバータ形式による電流制
御方式のリング発振器は、たとえば奇数段の遅延回路と
してのインバータ回路をリング状態に縦続接続して構成
される。このインバータ回路のそれぞれは、入力端子を
2つのMOSトランジスタのゲートに接続し、このMO
Sトランジスタのドレインを出力端子として、このMO
Sトランジスタの電流を他の2つのMOSトランジスタ
で制御する、いわゆるインバータ形式のCMOS増幅回
路である。そして、他の2つのMOSトランジスタのそ
れぞれのゲートに与える電圧により、このMOSトラン
ジスタに流れる電流を可変することによって、それぞれ
のインバータ回路の信号伝達遅延時間が変化し、結果と
して発振周波数を変化させることが可能となっている。
The current controlled ring oscillator of the general inverter type is constituted by, for example, cascading inverter circuits as delay circuits of odd-numbered stages in a ring state. Each of the inverter circuits has an input terminal connected to the gates of two MOS transistors,
Using the drain of the S transistor as an output terminal, this MO
This is a so-called inverter type CMOS amplifier circuit in which the current of the S transistor is controlled by the other two MOS transistors. Then, by varying the current flowing through each of the two MOS transistors according to the voltage applied to the gates of the other two MOS transistors, the signal transmission delay time of each of the inverter circuits changes, and as a result, the oscillation frequency changes. Is possible.

【0004】一方、一般的な差動回路形式による電流制
御方式のリング発振器は、たとえば偶数段の遅延回路と
しての差動増幅回路をリング状態に縦続接続して構成さ
れる。この差動増幅回路のそれぞれは、電源に一対の能
動負荷MOSトランジスタのドレインが接続され、さら
にこの一対の能動負荷MOSトランジスタに一対の差動
MOSトランジスタのドレインが接続され、この一対の
差動MOSトランジスタにソース接地されたMOSトラ
ンジスタによる電流源が接続されて構成されている。そ
して、2つの入力端子を差動MOSトランジスタのそれ
ぞれのゲートに接続し、能動負荷MOSトランジスタと
差動MOSトランジスタとの接続点をそれぞれ出力端子
として、電流源の電流を制御することによって、全ての
差動増幅回路の信号伝達遅延時間が変化し、結果として
発振周波数を変化させることができるようになってい
る。
On the other hand, a ring oscillator of a current control system of a general differential circuit type is constituted by, for example, cascading differential amplifier circuits as delay circuits of even-numbered stages in a ring state. In each of the differential amplifier circuits, a drain of a pair of active load MOS transistors is connected to a power supply, and a drain of a pair of differential MOS transistors is connected to the pair of active load MOS transistors. A transistor is connected to a current source of a MOS transistor whose source is grounded. Then, by connecting the two input terminals to the respective gates of the differential MOS transistors and using the connection point between the active load MOS transistor and the differential MOS transistor as an output terminal to control the current of the current source, The signal transmission delay time of the differential amplifier circuit changes, and as a result, the oscillation frequency can be changed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な一般的な電流制御方式のリング発振器において、この
電流制御方式のリング発振器を映像信号処理およびマイ
クロコンピュータやディジタル信号処理プロセッサのク
ロック発生用PLLの発振器に適用する場合には、以下
のような問題点が考えられる。
By the way, in the ring oscillator of the general current control system as described above, the ring oscillator of the current control system is used as a PLL for video signal processing and clock generation of a microcomputer or a digital signal processor. The following problems are conceivable when applied to the above oscillator.

【0006】(1).インバータ形式による電流制御方式の
リング発振器は、制御電流を一定にした場合でも、電源
・GNDの電圧変動に対して発振周波数が変動する、つ
まりジッタが発生する。
(1) In the ring oscillator of the current control system of the inverter type, the oscillation frequency fluctuates in response to the voltage fluctuation of the power supply / GND, that is, jitter occurs even when the control current is kept constant.

【0007】(2).インバータ形式の電流制御方式のリン
グ発振器は、動作振幅が大きく、発振器自身がノイズ発
生源となるため、同一チップ上の映像信号処理装置に適
用した場合に、アナログの映像信号にノイズが重畳する
ことがありうる。
(2) An inverter-type current-controlled ring oscillator has a large operating amplitude, and the oscillator itself becomes a noise source. Therefore, when applied to a video signal processing device on the same chip, an analog video signal is generated. Noise can be superimposed on the signal.

【0008】(3).差動回路形式による電流制御方式のリ
ング発振器は、電源・GNDの電圧変動に対して発振周
波数が変動しにくく、かつ小さい動作振幅のためにクロ
ストークノイズになりにくいという長所があるが、電流
源の電流を増やすと出力振幅が大きくなるため、発振周
波数の増加が妨げられるので動作上限発振周波数が低く
抑えられる。
(3) In a current controlled ring oscillator of the differential circuit type, the oscillation frequency is unlikely to fluctuate in response to voltage fluctuations of the power supply / GND, and crosstalk noise is unlikely to occur due to a small operating amplitude. Although there is an advantage, when the current of the current source is increased, the output amplitude increases, so that the increase in the oscillation frequency is prevented, so that the upper limit operation frequency is suppressed.

【0009】(4).映像信号処理およびマイクロコンピュ
ータやディジタル信号処理プロセッサのクロックは高速
になる方向であるが、電流制御方式のリング発振器は、
発振周波数が高くなればなるほど、スルーレイトを速く
するために電流を大きくする必要があり、消費電力が大
きくなる。
(4) Although the clock of the video signal processing and the clock of the microcomputer or the digital signal processor tends to increase in speed, the current controlled ring oscillator is
As the oscillation frequency increases, the current needs to be increased to increase the slew rate, and the power consumption increases.

【0010】以上のような問題点に対して、映像信号処
理およびマイクロコンピュータやディジタル信号処理プ
ロセッサのクロック発生用PLLに用いられる電流制御
方式のリング発振器には、電源・GNDの電圧リップル
に強くジッタが小さく、ノイズ発生源にならず、発振周
波数が高く、かつ消費電力が小さい回路が必要となる。
In view of the above problems, the current controlled ring oscillator used for the clock signal processing PLL used for the clock signal generation and the clock generation PLL of the microcomputer or the digital signal processor has a strong jitter against the voltage ripple of the power supply / GND. Therefore, a circuit which does not become a noise generation source, has a high oscillation frequency and low power consumption is required.

【0011】そこで、本発明の目的は、前記のような問
題点を解決するために、差動回路形式による電流制御方
式のリング発振器を改善して、CMOSデバイスのPL
L用の発振器、たとえば映像信号への文字加算機能や映
像信号の多重加算機能に必要な色副搬送波発生用PLL
や文字表示位置制御信号発生用PLLの発振器、および
高速動作マイクロコンピュータやディジタル信号処理プ
ロセッサのクロック発生用PLLの発振器の特性を向上
させることができる電流制御方式のリング発振器および
それを用いた半導体集積回路装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to improve a current controlled ring oscillator of the differential circuit type to solve the above-mentioned problems, and to improve the performance of a CMOS device PL.
An oscillator for L, for example, a PLL for generating a color subcarrier required for a function of adding a character to a video signal or a function of multiplexing and adding a video signal.
-Controlled ring oscillator capable of improving the characteristics of a PLL for generating a clock and a character display position control signal, a clock generating PLL for a high-speed microcomputer or a digital signal processor, and a semiconductor integrated circuit using the same It is to provide a circuit device.

【0012】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0014】すなわち、本発明の電流制御方式のリング
発振器は、複数段数の遅延回路が縦続接続されて構成さ
れるリング発振器に適用されるものであり、この遅延回
路をCMOS差動増幅回路として、それぞれ第1電源と
第2電源との間に接続される能動負荷回路、差動回路お
よび第1電流源から構成し、差動回路を第1および第2
入力端子に接続し、能動負荷回路と差動回路との接続点
を第1および第2出力端子に接続し、第1および第2入
力端子への入力信号に対して第1および第2出力端子の
出力信号を互いに異なる位相で変化させるように構成
し、かつ能動負荷回路と差動回路との接続点と第2電源
との間に、能動負荷回路からの電流を制御する第2電流
源と第3電流源とを付加して接続するものである。
That is, the current controlled ring oscillator of the present invention is applied to a ring oscillator configured by cascading a plurality of stages of delay circuits, and this delay circuit is used as a CMOS differential amplifier circuit. An active load circuit, a differential circuit, and a first current source are respectively connected between the first power supply and the second power supply.
Connected to an input terminal, a connection point between the active load circuit and the differential circuit is connected to first and second output terminals, and a first and second output terminal for an input signal to the first and second input terminals And a second current source for controlling the current from the active load circuit between the connection point between the active load circuit and the differential circuit and the second power supply. A third current source is additionally connected.

【0015】具体的には、差動回路形式のCMOS増幅
回路の能動負荷回路からそれぞれ独立した電流源で電流
を引き抜く形式のCMOS差動増幅回路にするために、
このCMOS差動増幅回路を、第1および第2入力端子
と、この第1および第2入力端子のそれぞれの直流変化
に対して、逆相と同相で変化する第1出力端子、および
同相と逆相で変化する第2出力端子と、第1および第2
入力端子をそれぞれのゲートに接続され、かつ第1およ
び第2出力端子をそれぞれのドレインに接続された同一
形状の一対の第1および第2MOSトランジスタと、一
対の第1および第2MOSトランジスタのそれぞれのド
レインが接続され、かつ同一の電源に接続された一対の
第3および第4MOSトランジスタと、第1制御端子に
供給される電圧で制御され、かつ一対の第1および第2
MOSトランジスタに電流を供給する第1電流源と、第
2制御端子に供給される電圧で制御され、かつ一対の第
3および第4MOSトランジスタに独立に同値の電流を
供給する第2および第3電流源とで構成するようにした
ものである。
Specifically, in order to provide a CMOS differential amplifier circuit of a type in which a current is extracted from an active load circuit of a CMOS amplifier circuit of a differential circuit type by a current source independent of each other,
The CMOS differential amplifier circuit includes a first input terminal, a first input terminal, a first output terminal that changes in the same phase as the opposite phase, and a first output terminal that changes in the same phase with respect to the DC change of the first and second input terminals. A second output terminal that changes in phase;
A pair of first and second MOS transistors having the same shape and having an input terminal connected to each gate and first and second output terminals connected to respective drains; and a pair of first and second MOS transistors, respectively. A pair of third and fourth MOS transistors having drains connected thereto and connected to the same power supply, and a pair of first and second MOS transistors controlled by a voltage supplied to a first control terminal;
A first current source for supplying current to the MOS transistor, and a second and third current controlled by a voltage supplied to the second control terminal and independently supplying the same current to the pair of third and fourth MOS transistors And the source.

【0016】そして、このように構成されるCMOS差
動増幅回路がM段で縦続接続される場合に、K段目(K
=2〜M)のCMOS差動増幅回路の第1および第2入
力端子は、(K−1)段目のCMOS差動増幅回路の第
1および第2出力端子に接続されて、1段目の第1入力
端子の直流変化に対して逆相に動作するM段目の出力端
子側を1段目の第1入力端子に接続し、他方のM段目の
出力端子側を1段目の第2入力端子に接続し、M段の全
てのCMOS差動増幅回路の第1および第2制御端子は
共通に制御され、第1電流源の電流と、第2および第3
電流源の電流とを独立に制御して発振周波数を変化させ
るようにしたものである。
When the CMOS differential amplifier circuit thus configured is cascaded in M stages, the K-th stage (K
= 2 to M) are connected to the first and second output terminals of the (K-1) -th stage CMOS differential amplifier circuit, and the first and second output terminals are connected to the first-stage CMOS differential amplifier circuit. Is connected to the first-stage first input terminal, and the other M-stage output terminal is connected to the first-stage first input terminal. Connected to the second input terminal, the first and second control terminals of all M-stage CMOS differential amplifier circuits are controlled in common, and the current of the first current source and the second and third
The oscillation frequency is changed by controlling the current of the current source independently.

【0017】この場合に、第1電流源と第2および第3
電流源とは同一の電圧で連動して制御し、第1電流源の
電流の変化に対して第2および第3電流源の電流の変化
の割合を任意の倍数としたり、第1電流源を、第5およ
び第8MOSトランジスタから構成される第1カスコー
ド接続電流源とし、かつ第2および第3電流源を、第6
および第7MOSトランジスタと第9および第10MO
Sトランジスタから構成される第2および第3カスコー
ド接続電流源としたり、または第2および第3電流源
を、第6MOSトランジスタと第9および第10MOS
トランジスタとから構成して、第6MOSトランジスタ
のドレインから出力される電流を、第9および第10M
OSトランジスタでそれぞれ1/2に分配して発生させ
るようにしたものである。
In this case, the first current source and the second and third current sources
The current source is controlled in conjunction with the same voltage, and the ratio of the change of the current of the second and third current sources to the change of the current of the first current source is set to an arbitrary multiple. , A fifth and an eighth MOS transistor as a first cascode connection current source, and a second and a third current source as a sixth cascode connection current source.
And seventh MOS transistor and ninth and tenth MO transistors
The second and third cascode connection current sources constituted by S transistors may be used, or the second and third current sources may be replaced by a sixth MOS transistor and ninth and tenth MOS transistors.
And the transistors output from the ninth and tenth Mth MOS transistors.
The OS transistors are generated by dividing them by half.

【0018】さらに、M段で構成されるCMOS差動増
幅回路を任意の割合で選択的に組み合わせて分割し、こ
の分割された複数の系統をそれぞれ異なる電流源により
制御したり、またはM段で構成されるCMOS差動増幅
回路のうち1つまたは複数のCMOS差動増幅回路から
信号を取り出す場合に、1つまたは複数のCMOS差動
増幅回路の複数の電流源の電流を固定して、残りの電流
源の電流が可変されるCMOS差動増幅回路の動作振幅
より大きな振幅で動作させるようにしたものである。
Further, the CMOS differential amplifier circuit composed of M stages is selectively combined at an arbitrary ratio and divided, and the divided plural systems are controlled by different current sources, respectively, or are divided by M stages. When extracting a signal from one or more CMOS differential amplifier circuits among the CMOS differential amplifier circuits to be configured, the currents of a plurality of current sources of one or more CMOS differential amplifier circuits are fixed and the remaining Is operated with an amplitude larger than the operating amplitude of the CMOS differential amplifier circuit in which the current of the current source is varied.

【0019】また、本発明の半導体集積回路装置は、前
記リング発振器の他に、映像信号などのディジタル信号
処理回路と、その周辺回路とによる映像信号処理装置か
ら構成するものである。
Further, the semiconductor integrated circuit device of the present invention comprises, in addition to the ring oscillator, a video signal processing device including a digital signal processing circuit for video signals and the like and peripheral circuits.

【0020】さらに、本発明の他の半導体集積回路装置
は、前記リング発振器の他に、中央処理装置と、記憶回
路と、その周辺回路とによるマイクロコンピュータまた
はディジタル信号処理プロセッサから構成するものであ
る。
Further, another semiconductor integrated circuit device of the present invention comprises a microcomputer or a digital signal processor including a central processing unit, a storage circuit, and peripheral circuits in addition to the ring oscillator. .

【0021】よって、前記した電流制御方式のリング発
振器およびそれを用いた半導体集積回路装置によれば、
差動回路形式のCMOS差動増幅回路を電流制御方式の
リング発振器の遅延回路として用いることにより、特に
インバータ形式による電流制御方式のリング発振器と比
較した場合に、発振動作は電源・GND変動に強く結果
としてジッタが少なく、かつノイズ発生源になることが
ない。
Therefore, according to the above-described current controlled ring oscillator and the semiconductor integrated circuit device using the same,
By using the differential circuit type CMOS differential amplifier circuit as the delay circuit of the current control type ring oscillator, the oscillation operation is particularly resistant to power supply / GND fluctuation, especially when compared with the inverter type current control type ring oscillator. As a result, the jitter is small and no noise is generated.

【0022】また、差動回路形式による電流制御方式の
リング発振器と比較した場合でも、遅延時間を小さくす
るためにCMOS差動増幅回路の電流源の電流を増やす
一方、能動負荷回路に対するそれぞれ独立した電流源の
電流値も増やすことにより、能動負荷回路での動作振幅
の増加を抑えることができるため発振周波数の増加を妨
げられることがない。その結果、高速なクロック発生用
PLLが実現でき、クロックスキューを抑えた高速クロ
ックの発生もしくはクロック発生回路の消費電力の低減
が可能となる。
Even when compared with a current controlled ring oscillator of the differential circuit type, the current of the current source of the CMOS differential amplifier circuit is increased in order to reduce the delay time, while each of the current sources is independent of the active load circuit. By increasing the current value of the current source, it is possible to suppress an increase in operating amplitude in the active load circuit, so that an increase in the oscillation frequency is not hindered. As a result, a high-speed clock generation PLL can be realized, and a high-speed clock with reduced clock skew can be generated or the power consumption of the clock generation circuit can be reduced.

【0023】これにより、CMOSデバイスのPLL用
の発振器、たとえば映像信号への文字加算機能や映像信
号の多重加算機能に必要な色副搬送波発生用PLLや文
字表示位置制御信号発生用PLLの発振器、および高速
動作マイクロコンピュータやディジタル信号処理プロセ
ッサのクロック発生用PLLの発振器の特性を向上させ
ることができる。その結果、この発振器を用いた半導体
集積回路装置において、高速化および低消費電力化が可
能となる。
Thus, an oscillator for a PLL of a CMOS device, for example, a PLL for generating a color subcarrier and a PLL for generating a character display position control signal required for a function of adding a character to a video signal or a function of multiplexing a video signal, In addition, the characteristics of the oscillator of the clock generating PLL of the high-speed operation microcomputer or digital signal processor can be improved. As a result, in a semiconductor integrated circuit device using this oscillator, high speed and low power consumption can be achieved.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0025】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1である電流制御方式のリング発振器を示す回路図、
図2および図3は本実施の形態1に対する比較例として
の一般的なインバータ形式、差動回路形式による電流制
御方式のリング発振器を示す回路図、図4は本実施の形
態1の電流制御方式のリング発振器を用いた映像信号処
理装置からなる半導体集積回路装置を示す機能ブロック
図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator according to Embodiment 1 of the present invention.
FIGS. 2 and 3 are circuit diagrams showing a ring oscillator of a current control type using a general inverter type and a differential circuit type as a comparative example with respect to the first embodiment, and FIG. 4 is a current control type of the first embodiment. 1 is a functional block diagram showing a semiconductor integrated circuit device including a video signal processing device using a ring oscillator of FIG.

【0026】まず、図1により本実施の形態1の電流制
御方式のリング発振器の構成を説明する。
First, the configuration of the current controlled ring oscillator according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0027】本実施の形態1の電流制御方式のリング発
振器は、たとえば差動の入出力端子を備えた遅延回路を
複数段数(M段)縦続接続するとともにリング状態に接
続して構成したリング発振器とされ、遅延回路はCMO
S差動増幅回路からなり、このCMOS差動増幅回路は
それぞれ、一対のMOSトランジスタによる差動回路1
と、一対のMOSトランジスタによる能動負荷回路2
と、それぞれ1つのMOSトランジスタによる電流源C
S1〜CS3とから構成され、差動回路1が入力端子I
N1,IN2に接続され、能動負荷回路2と差動回路1
との接続点が出力端子OUT1,OUT2に接続され、
出力端子OUT1,OUT2は入力端子IN1の直流電
圧変化に対してそれぞれ逆相、同相で変化し、一方入力
端子IN2の直流電圧変化に対してはそれぞれ同相、逆
相で変化するように構成されている。
The ring oscillator of the current control system according to the first embodiment is constituted by, for example, cascading a plurality of stages (M stages) of delay circuits having differential input / output terminals and connecting them in a ring state. And the delay circuit is CMO
The CMOS differential amplifier circuit includes a differential circuit 1 including a pair of MOS transistors.
And an active load circuit 2 comprising a pair of MOS transistors
And a current source C by one MOS transistor each
S1 to CS3, and the differential circuit 1 has an input terminal I
N1, IN2, the active load circuit 2 and the differential circuit 1
Is connected to the output terminals OUT1 and OUT2,
The output terminals OUT1 and OUT2 are configured to change in the opposite phase and in phase with respect to the DC voltage change of the input terminal IN1, respectively, while changing in the same phase and the opposite phase with respect to the DC voltage change of the input terminal IN2. I have.

【0028】このリング発振器においては、K段目(K
=2〜M)のCMOS差動増幅回路の入力端子IN1,
IN2は、(K−1)段目のCMOS差動増幅回路の出
力端子OUT1,OUT2に接続されて、M段目の出力
端子OUT1が1段目の入力端子IN1に対して同相で
動作し、M段目のCMOS差動増幅回路の出力端子OU
T1,OUT2はそれぞれ1段目のCMOS差動増幅回
路の入力端子IN2,IN1に接続され、M段の全ての
CMOS差動増幅回路の制御端子T1,T2は共通に制
御され、電流源CS1の電流と、電流源CS2,CS3
の電流とを独立に制御して発振周波数を変化させること
ができるようになっている。
In this ring oscillator, the K-th stage (K
= 2 to M) of the input terminals IN1, IN1 of the CMOS differential amplifier circuit
IN2 is connected to the output terminals OUT1 and OUT2 of the (K-1) th stage CMOS differential amplifier circuit, and the Mth stage output terminal OUT1 operates in phase with the first stage input terminal IN1; Output terminal OU of the M-th stage CMOS differential amplifier circuit
T1 and OUT2 are respectively connected to the input terminals IN2 and IN1 of the first stage CMOS differential amplifier circuit, and the control terminals T1 and T2 of all the M stage CMOS differential amplifier circuits are commonly controlled, and the current source CS1 Current and current sources CS2 and CS3
The current can be controlled independently to change the oscillation frequency.

【0029】なお、図1においては、リング発振器を偶
数段で構成している場合を示したが、たとえば奇数段で
構成する場合には、(M+1)または(M−1)段目か
ら1段目への接続がたすき状ではなく、(M+1)また
は(M−1)段目のCMOS差動増幅回路の出力端子O
UT1,OUT2はそれぞれ1段目のCMOS差動増幅
回路の入力端子IN1,IN2に接続される。
Although FIG. 1 shows the case where the ring oscillator is constituted by even-numbered stages, for example, when the ring oscillator is constituted by odd-numbered stages, the ring oscillator is constituted by one stage from the (M + 1) or (M-1) stage. The connection to the eye is not a cross, and the output terminal O of the (M + 1) or (M-1) -th stage CMOS differential amplifier circuit
UT1 and OUT2 are connected to input terminals IN1 and IN2 of the first stage CMOS differential amplifier circuit, respectively.

【0030】差動回路1は、たとえば同一形状の一対の
NMOSトランジスタMN1,MN2からなり、このN
MOSトランジスタMN1,MN2のそれそれのゲート
が正負の入力端子IN1,IN2に接続され、それぞれ
のドレインが出力端子OUT1,OUT2に接続される
とともに能動負荷回路2に接続され、さらにソースが共
通に接続されて電流源CS1に接続されている。
The differential circuit 1 includes, for example, a pair of NMOS transistors MN1 and MN2 having the same shape.
The respective gates of the MOS transistors MN1 and MN2 are connected to the positive and negative input terminals IN1 and IN2, the respective drains are connected to the output terminals OUT1 and OUT2 and the active load circuit 2, and the sources are commonly connected. And connected to the current source CS1.

【0031】能動負荷回路2は、たとえば一対のNMO
SトランジスタMN3,MN4からなり、このNMOS
トランジスタMN3,MN4のそれぞれのゲートがドレ
インと共通に接続されて電源Vccに接続され、それぞ
れのソースが差動回路1を構成するNMOSトランジス
タMN1,MN2のドレインに接続されている。
The active load circuit 2 includes, for example, a pair of NMO
This NMOS is composed of S transistors MN3 and MN4.
The gates of the transistors MN3 and MN4 are commonly connected to the drain and connected to the power supply Vcc, and the sources are connected to the drains of the NMOS transistors MN1 and MN2 forming the differential circuit 1.

【0032】電流源CS1は、たとえば1つのNMOS
トランジスタMN5からなり、このNMOSトランジス
タMN5のゲートが制御端子T1を介して可変バイアス
電圧源V1に接続され、ドレインが差動回路1を構成す
るNMOSトランジスタMN1,MN2の共通に接続さ
れたソースに接続され、さらにソースは接地GNDに接
続されている。
The current source CS1 is, for example, one NMOS
The NMOS transistor MN5 has a gate connected to the variable bias voltage source V1 via the control terminal T1, and a drain connected to a commonly connected source of the NMOS transistors MN1 and MN2 constituting the differential circuit 1. And the source is connected to ground GND.

【0033】電流源CS2は、たとえば1つのNMOS
トランジスタMN6からなり、このNMOSトランジス
タMN6のゲートが制御端子T2を介して可変バイアス
電圧源V2に接続され、ドレインが差動回路1を構成す
るNMOSトランジスタMN1のドレインに接続され、
さらにソースは接地GNDに接続されている。
The current source CS2 is, for example, one NMOS
A gate of the NMOS transistor MN6 is connected to the variable bias voltage source V2 via the control terminal T2, and a drain is connected to a drain of the NMOS transistor MN1 forming the differential circuit 1;
Further, the source is connected to the ground GND.

【0034】電流源CS3は、たとえば1つのNMOS
トランジスタMN7からなり、このNMOSトランジス
タMN7のゲートが電流源CS2と同様に制御端子T2
を介して可変バイアス電圧源V2に接続され、ドレイン
が差動回路1を構成するNMOSトランジスタMN2の
ドレインに接続され、さらにソースは接地GNDに接続
されている。
The current source CS3 is, for example, one NMOS
The transistor MN7 has a gate connected to the control terminal T2 similarly to the current source CS2.
, The drain is connected to the drain of the NMOS transistor MN2 constituting the differential circuit 1, and the source is connected to the ground GND.

【0035】次に、本実施の形態1の作用について、電
流制御方式のリング発振器の動作を説明する。
Next, with respect to the operation of the first embodiment, the operation of the current controlled ring oscillator will be described.

【0036】この電流制御方式のリング発振器において
は、差動回路1のNMOSトランジスタMN1,MN2
は電流源CS1で供給される電流I1で動作し、入力端
子IN1,IN2に入力される信号に応じた1組の電流
を出力し、能動負荷回路2のNMOSトランジスタMN
3,MN4に供給する。同時に、このNMOSトランジ
スタMN3,MN4には、それぞれ電流源CS2,CS
3で電流I2を供給する。この電流源CS1の電流I1
と、電流源CS2,CS3の電流I2とを独立に制御す
ることによって発振周波数を変化させることができる。
In the current controlled ring oscillator, the NMOS transistors MN1 and MN2 of the differential circuit 1
Operates with the current I1 supplied by the current source CS1, outputs a set of currents corresponding to the signals input to the input terminals IN1 and IN2, and outputs the NMOS transistor MN of the active load circuit 2.
3, supply to MN4. At the same time, the NMOS transistors MN3 and MN4 have current sources CS2 and CS, respectively.
3 supplies the current I2. The current I1 of this current source CS1
And the current I2 of the current sources CS2 and CS3 are independently controlled to change the oscillation frequency.

【0037】すなわち、能動負荷回路2に電流I2を供
給することによって、たとえば差動回路1のNMOSト
ランジスタMN1がオン状態でNMOSトランジスタM
N2がオフ状態の場合にもNMOSトランジスタMN4
はオフせず、出力端子OUT1,OUT2に現れる発振
状態の出力の振幅の変化は電流源CS2,CS3で電流
I2を供給しない場合に比較して小さくなる。
That is, by supplying the current I2 to the active load circuit 2, for example, the NMOS transistor MN1 of the differential circuit 1 is turned on and the NMOS transistor MN1 is turned on.
Even when N2 is off, the NMOS transistor MN4
Is not turned off, and the change in the amplitude of the oscillation state output appearing at the output terminals OUT1 and OUT2 is smaller than when the current I2 is not supplied by the current sources CS2 and CS3.

【0038】よって、出力端子OUT1,OUT2の振
幅を小さく制御することが可能になって、発振周波数は
電流源CS1の電流I1の制御による出力の立ち上がり
/立ち下がり時間のみに左右されることになり、結果的
にリング発振器の発振周波数を上げることができる。
Accordingly, the amplitude of the output terminals OUT1 and OUT2 can be controlled to be small, and the oscillation frequency depends only on the rise / fall time of the output by controlling the current I1 of the current source CS1. As a result, the oscillation frequency of the ring oscillator can be increased.

【0039】従って、本実施の形態1の電流制御方式の
リング発振器によれば、遅延回路が差動回路1、能動負
荷回路2、および電流源CS1〜CS3からなるCMO
S差動増幅回路による回路構成とされることにより、た
とえば本実施の形態に対する比較例としての図2に示す
一般的なインバータ形式による電流制御方式のリング発
振器に比べて、発振動作は電源・GND変動に強く結果
としてジッタが少なく、かつノイズ発生源として振幅を
抑えることができる。
Therefore, according to the ring oscillator of the current control method of the first embodiment, the delay circuit is a CMO comprising the differential circuit 1, the active load circuit 2, and the current sources CS1 to CS3.
Owing to the circuit configuration of the S differential amplifier circuit, the oscillation operation is performed by the power supply / GND as compared with, for example, a general inverter type current control type ring oscillator shown in FIG. 2 as a comparative example of the present embodiment. As a result, the jitter is small and the amplitude can be suppressed as a noise source.

【0040】なお、図2のインバータ形式による電流制
御方式のリング発振器は、奇数段の遅延回路としてのイ
ンバータ回路をリング状態に縦続接続しており、このイ
ンバータ回路のそれぞれは、入力端子inを2つのMO
Sトランジスタmp1,mn1のゲートに接続し、この
MOSトランジスタmp1,mn1のドレインを出力端
子outとして、このMOSトランジスタmp1,mn
1の電流を他のMOSトランジスタmp2,mn2で制
御するインバータ形式のCMOS増幅回路である。
In the ring oscillator of the current control system of the inverter type shown in FIG. 2, an inverter circuit as an odd-numbered stage delay circuit is cascaded in a ring state, and each of the inverter circuits has an input terminal in of two. MO
The MOS transistors mp1 and mn1 are connected to the gates of the S transistors mp1 and mn1 and the drains of the MOS transistors mp1 and mn1 are used as output terminals out.
This is an inverter type CMOS amplifier circuit in which the current of 1 is controlled by other MOS transistors mp2 and mn2.

【0041】このインバータ形式においては、MOSト
ランジスタmp2,mn2の各ゲートに与える可変バイ
アス電圧源v1,v2により、このMOSトランジスタ
mp2,mn2に流れる電流i1,i2を可変すること
によって、この各インバータ回路の信号伝達遅延時間が
変化し、結果として発振周波数を変化させることが可能
な構成となっている。
In this inverter type, the currents i1 and i2 flowing through the MOS transistors mp2 and mn2 are varied by variable bias voltage sources v1 and v2 applied to the gates of the MOS transistors mp2 and mn2. Is changed, and as a result, the oscillation frequency can be changed.

【0042】また、本実施の形態1の電流制御方式のリ
ング発振器は、図3に示す一般的な差動回路形式による
電流制御方式のリング発振器と比較しても、遅延時間を
小さくするためにCMOS差動増幅回路の電流源CS1
の電流I1を増やす一方、能動負荷回路2に対するそれ
ぞれ独立した電流源CS2,CS3の電流I2の値も増
やすことにより、能動負荷回路2での動作振幅の増加を
抑えることができるため発振周波数の増加を妨げられる
ことがない。
The ring oscillator of the current control system of the first embodiment has a smaller delay time than the ring oscillator of the current control system of the general differential circuit type shown in FIG. Current source CS1 of CMOS differential amplifier circuit
The current I1 of the active load circuit 2 is increased while the value of the current I2 of the current sources CS2 and CS3 for the active load circuit 2 is also increased. Is not disturbed.

【0043】なお、図3の差動回路形式による電流制御
方式のリング発振器は、本実施の形態1と同様に複数段
の遅延回路としての差動増幅回路をリング状態に縦続接
続しており、この差動増幅回路は、差動回路1としての
一対のNMOSトランジスタMN1,MN2と、能動負
荷回路2としての一対のNMOSトランジスタMN3,
MN4と、NMOSトランジスタMN5による1つの電
流源CS1のみから構成されている。
The current controlled ring oscillator of the differential circuit type shown in FIG. 3 has a differential amplifier circuit as a delay circuit of a plurality of stages cascaded in a ring state as in the first embodiment. This differential amplifier circuit includes a pair of NMOS transistors MN1 and MN2 as a differential circuit 1 and a pair of NMOS transistors MN3 and MN3 as an active load circuit 2.
MN4 and only one current source CS1 constituted by NMOS transistor MN5.

【0044】この差動回路形式においては、全ての差動
増幅回路の電流源CS1は可変バイアス電圧源V1で共
通に制御され、この電流源CS1の電流を制御すること
によって、全ての差動増幅回路の信号伝達遅延時間が変
化し、結果として発振周波数を変化させることができる
ような構成となっている。
In this differential circuit type, the current sources CS1 of all the differential amplifier circuits are commonly controlled by a variable bias voltage source V1, and by controlling the current of this current source CS1, all the differential amplifier circuits are controlled. The configuration is such that the signal transmission delay time of the circuit changes, and as a result, the oscillation frequency can be changed.

【0045】以上のように構成される本実施の形態1の
電流制御方式のリング発振器は、たとえば図4に示すよ
うな映像信号の圧縮、伸張を行う映像信号処理装置から
なる半導体集積回路装置などに用いられ、この映像信号
処理装置3は、たとえば周知の半導体製造技術により1
つの半導体基板上に形成され、LSIなどの半導体集積
回路装置として製品化される。
The ring oscillator of the current control system of the first embodiment configured as described above is, for example, a semiconductor integrated circuit device comprising a video signal processing device for compressing and expanding a video signal as shown in FIG. The video signal processing device 3 is implemented by, for example, a well-known semiconductor manufacturing technique.
It is formed on one semiconductor substrate and commercialized as a semiconductor integrated circuit device such as an LSI.

【0046】この映像信号処理装置3は、図4に示すよ
うに、位相比較器4、低域フィルタ5、電圧−電流変換
回路6、本実施の形態1の電流制御方式のリング発振器
7および分周回路8によるPLL9、ディジタル信号処
理回路10、メモリ11、A/D変換器12、D/A変
換器13、同期分離回路14、分周回路15などからな
り、アナログ信号による映像信号とディジタル映像信号
が入力可能とされ、アナログ信号による映像信号とディ
ジタル映像信号が出力可能なように構成されている。
As shown in FIG. 4, the video signal processing device 3 includes a phase comparator 4, a low-pass filter 5, a voltage-current conversion circuit 6, a current-controlled ring oscillator 7 according to the first embodiment, and It comprises a PLL 9 by a frequency dividing circuit 8, a digital signal processing circuit 10, a memory 11, an A / D converter 12, a D / A converter 13, a synchronization separating circuit 14, a frequency dividing circuit 15, and the like. It is configured to be capable of inputting a signal, and capable of outputting an analog video signal and a digital video signal.

【0047】この映像信号処理装置3におけるクロック
の発生動作は、まず入力された映像信号から同期分離回
路14を通して水平同期信号を分離して取り出す。この
分離された信号fsをPLL9の位相比較器4に入力
し、PLL9の分周回路8からの信号fdとの位相差を
検出し、低域フィルタ5、電圧−電流変換回路6を介し
て電流制御方式のリング発振器7の発振周波数を制御す
る。
In the operation of generating a clock in the video signal processing device 3, first, a horizontal synchronizing signal is separated and taken out from the input video signal through a synchronizing separation circuit 14. The separated signal fs is input to the phase comparator 4 of the PLL 9 to detect a phase difference from the signal fd from the frequency dividing circuit 8 of the PLL 9, and the current difference is detected via the low-pass filter 5 and the voltage-current converting circuit 6. The oscillation frequency of the ring oscillator 7 of the control method is controlled.

【0048】そして、位相比較器4、低域フィルタ5、
電圧−電流変換回路6、電流制御方式のリング発振器7
および分周回路8のPLL9による制御を繰り返し、最
終的に発振周波数は信号fsの周波数および位相に完全
に一致させて出力信号を入力された信号fsに同調させ
る。このPLL9の出力信号から、分周回路15を通し
てディジタル信号処理用クロック、A/D変換用クロッ
ク、D/A変換用クロックを発生させ、これらのクロッ
クによりディジタル信号処理回路10、メモリ11、A
/D変換器12、D/A変換器13を同期させて動作さ
せることができる。
Then, the phase comparator 4, the low-pass filter 5,
Voltage-current conversion circuit 6, current controlled ring oscillator 7
The control by the PLL 9 of the frequency dividing circuit 8 is repeated, and finally the oscillation frequency is completely matched with the frequency and phase of the signal fs, and the output signal is tuned to the input signal fs. A digital signal processing clock, an A / D conversion clock, and a D / A conversion clock are generated from the output signal of the PLL 9 through the frequency dividing circuit 15, and the digital signal processing circuit 10, the memory 11, and the A
The / D converter 12 and the D / A converter 13 can be operated in synchronization.

【0049】たとえば、映像信号の圧縮処理を行う場合
には、入力された映像信号をA/D変換器12によりデ
ィジタル信号に変換し、ディジタル信号処理回路10を
介して圧縮のための信号処理を行い、直接、ディジタル
映像信号として出力することができる。また、圧縮され
た映像信号の伸張処理を行う場合には、入力されたディ
ジタル映像信号を、直接、ディジタル信号処理回路10
を介して伸張のための信号処理を行い、D/A変換器1
3によりアナログ信号に変換した後に映像信号として出
力することができる。
For example, when performing compression processing of a video signal, the input video signal is converted into a digital signal by an A / D converter 12, and a signal processing for compression is performed via a digital signal processing circuit 10. And output directly as a digital video signal. When the compressed video signal is expanded, the input digital video signal is directly converted to a digital signal processing circuit 10.
Performs signal processing for decompression via the D / A converter 1
3 and output as a video signal after being converted into an analog signal.

【0050】従って、本実施の形態1の電流制御方式の
リング発振器7を用いた映像信号処理装置3からなる半
導体集積回路装置によれば、リング発振器7において発
振周波数の増加を妨げられることがないので、高速なク
ロック発生用のPLL9が実現でき、クロックスキュー
を抑えた高速クロックの発生もしくはクロック発生回路
の消費電力の低減が可能となり、結果として半導体集積
回路装置の高速化および低消費電力化を図ることができ
る。
Therefore, according to the semiconductor integrated circuit device including the video signal processing device 3 using the current-controlled ring oscillator 7 of the first embodiment, the ring oscillator 7 is not prevented from increasing the oscillation frequency. As a result, a high-speed clock generation PLL 9 can be realized, and a high-speed clock with reduced clock skew can be generated or the power consumption of the clock generation circuit can be reduced. As a result, the speed and power consumption of the semiconductor integrated circuit device can be reduced. Can be planned.

【0051】(実施の形態2)図5は本発明の実施の形
態2である電流制御方式のリング発振器を示す回路図、
図6は本実施の形態2の電流制御方式のリング発振器
と、本実施の形態2に対する比較例としての一般的な差
動回路形式による電流制御方式のリング発振器との制御
電流比と発振周波数との関係を示す特性図、図7は本実
施の形態2の電流制御方式のリング発振器を用いたマイ
クロコンピュータからなる半導体集積回路装置を示す機
能ブロック図である。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 shows the control current ratio, the oscillation frequency, and the control current ratio between the current-controlled ring oscillator of the second embodiment and a current-controlled ring oscillator of a general differential circuit type as a comparative example of the second embodiment. FIG. 7 is a functional block diagram showing a semiconductor integrated circuit device including a microcomputer using a current-controlled ring oscillator according to the second embodiment.

【0052】本実施の形態2の電流制御方式のリング発
振器は、前記実施の形態1と同様に、差動の入出力端子
を備えたCMOS差動増幅回路からなる遅延回路を複数
段数縦続接続するとともにリング状態に接続して構成し
たリング発振器とされ、前記実施の形態1との相違点
は、差動回路用電流源と能動負荷回路用電流源とを連動
して動作させるようにした点である。
In the ring oscillator of the current control system according to the second embodiment, as in the first embodiment, a delay circuit composed of a CMOS differential amplifier circuit having differential input / output terminals is cascade-connected in a plurality of stages. And a ring oscillator connected in a ring state. The difference from the first embodiment is that the current source for the differential circuit and the current source for the active load circuit are operated in conjunction with each other. is there.

【0053】すなわち、前記実施の形態1の電流制御方
式のリング発振器は、その発振周波数に対して、2系統
の電源で発振周波数を制御するが、本実施の形態2にお
いては図5に示すように、制御端子T1,T2を可変バ
イアス電圧源V1による同一電源で制御し、電流源CS
1と電流源CS2,CS3で発生するそれぞれの電流I
1,I2を、電流源CS1の電流I1の変化に対して電
流源CS2,CS3の電流I2の変化の割合を任意の倍
数による比例制御して発振周波数を可変制御するように
構成したものである。
That is, in the ring oscillator of the current control system of the first embodiment, the oscillation frequency is controlled by two power supplies with respect to the oscillation frequency. In the second embodiment, as shown in FIG. In addition, the control terminals T1 and T2 are controlled by the same power supply by the variable bias voltage source V1, and the current sources CS
1 and respective currents I generated by the current sources CS2 and CS3.
1 and I2 are configured to variably control the oscillation frequency by proportionally controlling the rate of change of the current I2 of the current sources CS2 and CS3 with respect to the change of the current I1 of the current source CS1 by an arbitrary multiple. .

【0054】たとえば、本実施の形態2の電流制御方式
のリング発振器における制御電流比と発振周波数との関
係は、6段のCMOS差動増幅回路による同一プロセス
のシミュレーション結果が図6に示すような特性とな
り、前記実施の形態1において図3に示した一般的な差
動回路形式による電流制御方式のリング発振器と比較し
た場合に、同じ制御電流比に対しておよそ1.5倍の高い
発振周波数で発振させることができる。
For example, the relationship between the control current ratio and the oscillation frequency in the ring oscillator of the current control method according to the second embodiment is shown in FIG. 6 as a result of a simulation of the same process using a six-stage CMOS differential amplifier circuit. When compared with the ring oscillator of the current control method using the general differential circuit shown in FIG. 3 in the first embodiment, the oscillation frequency is about 1.5 times higher than the same control current ratio. Can be oscillated.

【0055】従って、本実施の形態2の電流制御方式の
リング発振器は、前記実施の形態1と同様に電源変動に
対するジッタが小さく、ノイズ発生量を低減し、動作可
能発振周波数が高く、かつ消費電力が小さくできるとい
う効果を実現することができるとともに、特に可変バイ
アス電圧源V1による同一電源で電流源CS1と電流源
CS2,CS3を連動して動作させることにより、電流
源CS1の電流I1の変化に対して電流源CS2,CS
3の電流I2の変化の割合を任意の倍数に比例制御して
発振周波数を可変することができる。
Accordingly, the ring oscillator of the current control method according to the second embodiment has a small jitter with respect to power supply fluctuation, reduces the amount of noise generation, has a high operable oscillation frequency, and has a high power consumption, similarly to the first embodiment. In addition to the effect that the power can be reduced, the current I1 of the current source CS1 can be changed by operating the current source CS1 and the current sources CS2 and CS3 in cooperation with the same power supply by the variable bias voltage source V1. Current sources CS2 and CS
The oscillation frequency can be varied by proportionally controlling the rate of change of the current I2 of No. 3 to an arbitrary multiple.

【0056】以上のように構成される本実施の形態2の
電流制御方式のリング発振器は、たとえば図7に示すよ
うなマイクロコンピュータからなる半導体集積回路装置
などに用いられ、このマイクロコンピュータ16は、た
とえば周知の半導体製造技術により1つの半導体基板上
に形成され、LSIなどの半導体集積回路装置として製
品化される。
The current-controlled ring oscillator of the second embodiment configured as described above is used, for example, in a semiconductor integrated circuit device including a microcomputer as shown in FIG. For example, it is formed on one semiconductor substrate by a well-known semiconductor manufacturing technique, and is commercialized as a semiconductor integrated circuit device such as an LSI.

【0057】このマイクロコンピュータ16は、図7に
示すように、前記実施の形態1に示した映像信号処理装
置と同様の位相比較器4a、低域フィルタ5a、電圧−
電流変換回路6a、本実施の形態2の電流制御方式のリ
ング発振器7aおよび分周回路8aによるPLL9a
と、CPU17、ROM18、RAM19、入出力回路
20などからなり、外部入力クロックもしくは発振回路
より得られるクロックが入力され、入出力回路20から
の信号の入力および出力が可能なように構成されてい
る。
As shown in FIG. 7, the microcomputer 16 includes a phase comparator 4a, a low-pass filter 5a, and a voltage comparator similar to those of the video signal processing apparatus shown in the first embodiment.
PLL 9a by current conversion circuit 6a, current controlled ring oscillator 7a and frequency divider 8a of the second embodiment.
, A CPU 17, a ROM 18, a RAM 19, an input / output circuit 20, and the like. An external input clock or a clock obtained from an oscillation circuit is input to the input / output circuit 20 so that signals can be input and output from the input / output circuit 20. .

【0058】このマイクロコンピュータ16におけるク
ロックの発生動作は、外部入力クロックもしくは発振回
路より得られるクロックの信号fsをPLL9aの位相
比較器4aに入力し、前記実施の形態1と同様に、PL
L9aの分周回路8aからの信号fdとの位相差を検出
し、PLL9aによる制御を繰り返し、最終的に発振周
波数は信号fsの周波数および位相に完全に一致させて
出力信号を入力された信号fsに同調させる。そして、
PLL9aの分周回路8aからシステムクロックを取り
出し、このシステムクロックによりCPU17、ROM
18、RAM19、入出力回路20を同期させて動作さ
せることができる。
The microcomputer 16 generates a clock by inputting an external input clock or a clock signal fs obtained from an oscillation circuit to the phase comparator 4a of the PLL 9a.
The phase difference between the signal Ld and the signal fd from the frequency dividing circuit 8a is detected, and the control by the PLL 9a is repeated. Finally, the oscillation frequency is completely matched with the frequency and phase of the signal fs, and the output signal is input to the signal fs. Synchronize with. And
The system clock is extracted from the frequency dividing circuit 8a of the PLL 9a, and the CPU 17 and the ROM
18, the RAM 19, and the input / output circuit 20 can be operated in synchronization.

【0059】たとえば、RAM19へのデータの書き込
み動作の場合には、CPU17の制御に基づいて、入出
力回路20から入力されたデータをRAM19の指定さ
れたアドレスのデータ領域に格納することができる。ま
た、ROM18またはRAM19からのデータの読み出
し動作の場合には、ROM18またはRAM19の任意
のアドレスを指定し、この指定されたアドレスのデータ
領域に格納されているデータを入出力回路20から出力
することができる。さらに、データの消去などの他の動
作においても、システムクロックに同期させて行うこと
ができる。
For example, in the case of the operation of writing data to the RAM 19, the data input from the input / output circuit 20 can be stored in the data area of the RAM 19 at the designated address under the control of the CPU 17. In the case of reading data from the ROM 18 or the RAM 19, an arbitrary address of the ROM 18 or the RAM 19 is designated, and data stored in the data area of the designated address is output from the input / output circuit 20. Can be. Further, other operations such as erasing data can be performed in synchronization with the system clock.

【0060】従って、本実施の形態2の電流制御方式の
リング発振器7aを用いたマイクロコンピュータ16か
らなる半導体集積回路装置によれば、リング発振器7a
において発振周波数の増加を妨げられることがないの
で、高速なクロック発生用のPLL9aが実現でき、ク
ロックスキューを抑えた高速クロックの発生もしくはク
ロック発生回路の消費電力の低減が可能となり、結果と
して半導体集積回路装置の高速化および低消費電力化を
図ることができる。
Therefore, according to the semiconductor integrated circuit device including the microcomputer 16 using the ring oscillator 7a of the current control system according to the second embodiment, the ring oscillator 7a
In this case, the increase in the oscillation frequency is not hindered, so that a high-speed clock generation PLL 9a can be realized, and a high-speed clock with reduced clock skew can be generated or the power consumption of the clock generation circuit can be reduced. Higher speed and lower power consumption of the circuit device can be achieved.

【0061】(実施の形態3)図8は本発明の実施の形
態3である電流制御方式のリング発振器を示す回路図で
ある。
(Embodiment 3) FIG. 8 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator according to Embodiment 3 of the present invention.

【0062】本実施の形態3の電流制御方式のリング発
振器は、前記実施の形態1,2と同様に、差動の入出力
端子を備えたCMOS差動増幅回路からなる遅延回路を
複数段数縦続接続するとともにリング状態に接続して構
成したリング発振器とされ、前記実施の形態1,2との
相違点は、電流源をカスコード接続MOS回路で構成す
るようにした点である。
As in the first and second embodiments, the current-controlled ring oscillator according to the third embodiment includes a plurality of delay circuits each including a CMOS differential amplifier circuit having differential input / output terminals. The ring oscillator is configured so as to be connected and connected in a ring state, and is different from the first and second embodiments in that the current source is configured by a cascode connection MOS circuit.

【0063】すなわち、本実施の形態3の電流制御方式
のリング発振器は、CMOS差動増幅回路の3つの電流
源CS1〜CS3をそれぞれカスコード接続されたMO
Sトランジスタで構成し、図8に示すように、電流源C
S1はソース接地されたNMOSトランジスタMN5に
対してカスコード接続されたNMOSトランジスタMN
8で構成され、電流源CS2,CS3も電流源CS1と
同様に、ソース接地されたNMOSトランジスタMN
6,MN7に対してそれぞれカスコード接続されたNM
OSトランジスタMN9,MN10で構成された電流源
回路となっている。
That is, in the ring oscillator of the current control system according to the third embodiment, the three current sources CS1 to CS3 of the CMOS differential amplifier circuit are cascode-connected.
S transistor, and as shown in FIG.
S1 is an NMOS transistor MN cascode-connected to an NMOS transistor MN5 whose source is grounded.
8 and the current sources CS2 and CS3 are also connected to the source-grounded NMOS transistor MN in the same manner as the current source CS1.
6, NM cascode-connected to MN7
This is a current source circuit composed of OS transistors MN9 and MN10.

【0064】そして、電流源CS1においては、NMO
SトランジスタMN5のゲートが接続される制御端子T
1を可変バイアス電圧源V1で制御し、一方、NMOS
トランジスタMN8のゲートが接続される制御端子T3
を可変バイアス電圧源V3で制御し、また電流源CS
2,CS3においては、NMOSトランジスタMN6,
MN7のそれぞれのゲートが接続される制御端子T2を
可変バイアス電圧源V2で制御し、一方、NMOSトラ
ンジスタMN9,MN10のゲートが接続される制御端
子T4を可変バイアス電圧源V4で制御するように構成
されている。
Then, in the current source CS1, the NMO
Control terminal T to which the gate of S transistor MN5 is connected
1 is controlled by a variable bias voltage source V1, while an NMOS
Control terminal T3 to which the gate of transistor MN8 is connected
Is controlled by the variable bias voltage source V3, and the current source CS
2, CS3, the NMOS transistors MN6,
A control terminal T2 to which each gate of MN7 is connected is controlled by a variable bias voltage source V2, while a control terminal T4 to which gates of NMOS transistors MN9 and MN10 are connected is controlled by a variable bias voltage source V4. Have been.

【0065】よって、電流源CS1は、NMOSトラン
ジスタMN5のドレイン電流が入力端子IN1,IN2
の直流電圧変動の影響を受けないように動作するため、
入力動作電圧の影響が少ない定電流源となり、安定な発
振周波数を得る役割を果たしている。また、電流源CS
2,CS3も電流源CS1と同様で、入力動作電圧の影
響が少ない定電流源となり、安定な発振周波数を得る役
割を果たしている。
Therefore, the current source CS1 supplies the drain current of the NMOS transistor MN5 to the input terminals IN1 and IN2.
To operate without being affected by DC voltage fluctuation of
The constant current source is less affected by the input operation voltage, and plays a role of obtaining a stable oscillation frequency. In addition, the current source CS
2 and CS3, like the current source CS1, are constant current sources that are less affected by the input operation voltage, and play a role of obtaining a stable oscillation frequency.

【0066】従って、本実施の形態3の電流制御方式の
リング発振器は、前記実施の形態1,2と同様に電源変
動に対するジッタが小さく、ノイズ発生量を低減し、動
作可能発振周波数が高く、かつ消費電力が小さくできる
という効果を実現することができるとともに、特に電流
源CS1〜CS3をカスコード接続構成された電流源回
路とすることにより、入力端子IN1,IN2の直流電
圧変動の影響を受けないように動作するので、入力動作
電圧の影響が少ない定電流源となり、安定な発振周波数
を得ることができる。
Therefore, the ring oscillator of the current control method according to the third embodiment has a small jitter with respect to the power supply fluctuation, reduces the amount of noise generation, has a high operable oscillation frequency, and has the same characteristics as the first and second embodiments. In addition to the effect that power consumption can be reduced, the current sources CS1 to CS3 are not affected by the DC voltage fluctuations of the input terminals IN1 and IN2, particularly by using current source circuits configured in a cascode connection. In this manner, the constant current source is less affected by the input operation voltage, and a stable oscillation frequency can be obtained.

【0067】(実施の形態4)図9は本発明の実施の形
態4である電流制御方式のリング発振器を示す回路図で
ある。
(Embodiment 4) FIG. 9 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to Embodiment 4 of the present invention.

【0068】本実施の形態4の電流制御方式のリング発
振器は、前記実施の形態1〜3と同様に、差動の入出力
端子を備えたCMOS差動増幅回路からなる遅延回路を
複数段数縦続接続するとともにリング状態に接続して構
成したリング発振器とされ、前記実施の形態1〜3との
相違点は、電流源を変形カスコード接続とし、特に前記
実施の形態3と比較して能動負荷回路用電流源をカスコ
ード接続部で2つに分ける回路構成にした点である。
In the ring oscillator of the current control method according to the fourth embodiment, a delay circuit composed of a CMOS differential amplifier circuit having differential input / output terminals is cascaded by a plurality of stages, as in the first to third embodiments. The ring oscillator is configured to be connected and connected in a ring state. The difference from the first to third embodiments is that the current source is a modified cascode connection, and in particular, the active load circuit is compared with the third embodiment. This is a point in that the circuit configuration is such that the current source is divided into two at the cascode connection part.

【0069】すなわち、前記実施の形態3に示した図8
のカスコード接続電流源CS2,CS3に関して、本実
施の形態4においては図9に示すように、ソース接地さ
れたNMOSトランジスタMN6に対してカスコード接
続された2つのNMOSトランジスタMN9,MN10
で構成することにより、NMOSトランジスタMN6の
ドレインから出力される電流をNMOSトランジスタM
N9,MN10でそれぞれ1/2に分配し、電流I2を
発生して発振周波数を制御するように構成したものであ
る。
That is, FIG. 8 shown in the third embodiment.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, two NMOS transistors MN9 and MN10 cascode-connected to a grounded source NMOS transistor MN6 in the fourth embodiment.
, The current output from the drain of the NMOS transistor MN6 is
N9 and MN10 respectively divide the frequency by 1/2, generate a current I2, and control the oscillation frequency.

【0070】従って、本実施の形態4の電流制御方式の
リング発振器は、前記実施の形態1〜3と同様に電源変
動に対するジッタが小さく、ノイズ発生量を低減し、動
作可能発振周波数が高く、かつ消費電力が小さくできる
という効果を実現することができるとともに、特に電流
源CS2,CS3において、2つのNMOSトランジス
タMN9,MN10の電流I2をNMOSトランジスタ
MN6のみで制御してソース接地することにより、MO
Sトランジスタを少なくして形状を小さくすることがで
きる。
Accordingly, the ring oscillator of the current control method according to the fourth embodiment has a small jitter with respect to the power supply fluctuation, reduces the amount of noise generation, has a high operable oscillation frequency, and has a high frequency characteristic, similarly to the first to third embodiments. In addition to the effect that power consumption can be reduced, the current I2 of the two NMOS transistors MN9 and MN10 can be controlled by only the NMOS transistor MN6 to ground the source in the current sources CS2 and CS3.
The shape can be reduced by reducing the number of S transistors.

【0071】(実施の形態5)図10は本発明の実施の
形態5である電流制御方式のリング発振器を示す回路図
である。
(Embodiment 5) FIG. 10 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator according to Embodiment 5 of the present invention.

【0072】本実施の形態5の電流制御方式のリング発
振器は、前記実施の形態1〜4と同様に、差動の入出力
端子を備えたCMOS差動増幅回路からなる遅延回路を
複数段数縦続接続するとともにリング状態に接続して構
成したリング発振器とされ、前記実施の形態1〜4との
相違点は、CMOS差動増幅回路を選択的に組み合わせ
て複数の系統の電流制御を行うようにした点である。
In the ring oscillator of the current control system according to the fifth embodiment, similarly to the first to fourth embodiments, a delay circuit comprising a CMOS differential amplifier circuit having differential input / output terminals is cascaded in a plurality of stages. The ring oscillator is configured to be connected and connected in a ring state, and is different from the first to fourth embodiments in that a plurality of systems of current control are performed by selectively combining CMOS differential amplifier circuits. That is the point.

【0073】すなわち、本実施の形態5の電流制御方式
のリング発振器は、一例として図10に示すように、た
とえばM段のCMOS差動増幅回路の中から、1段目か
らL段目までの各電流源CS1〜CS3の制御端子T
1,T2をそれぞれ共通な可変バイアス電圧源V1,V
2に接続し、他の(L+1)段目からM段目までの各電
流源CS1〜CS3の制御端子T1a,T2aをそれぞ
れ共通な可変バイアス電圧源V5,V6に接続すること
により、発振周波数を制御するように構成したものであ
る。
That is, the current-controlled ring oscillator according to the fifth embodiment has, as an example, as shown in FIG. 10, for example, an M-stage CMOS differential amplifier circuit from the first stage to the L-th stage. Control terminal T of each current source CS1 to CS3
1 and T2 are common variable bias voltage sources V1 and V
2 and the control terminals T1a and T2a of the other current sources CS1 to CS3 from the (L + 1) th stage to the Mth stage are connected to common variable bias voltage sources V5 and V6, respectively. It is configured to control.

【0074】そのために、1段目からL段目までの各制
御端子T1,T2に接続される電流源CS1〜CS3の
NMOSトランジスタMN5〜MN7に流れる電流I
1,I2と、(L+1)段目からM段目までの制御端子
T1a,T2aに接続される電流源CS1〜CS3のN
MOSトランジスタMN5a〜MN7aに流れる電流I
1a,I2aとを分け、それぞれの電流I1,I2,I
1a,I2aを可変して発振周波数を制御する。なお、
この場合に(L+1)段目からM段目までの差動回路お
よび能動負荷回路のNMOSトランジスタはそれぞれM
N1a〜MN4aとする。
Therefore, the current I flowing through the NMOS transistors MN5 to MN7 of the current sources CS1 to CS3 connected to the control terminals T1 and T2 of the first to Lth stages, respectively.
1, I2 and N of current sources CS1 to CS3 connected to control terminals T1a and T2a of (L + 1) th to Mth stages.
Current I flowing through MOS transistors MN5a to MN7a
1a, I2a and the respective currents I1, I2, I2
The oscillation frequency is controlled by varying 1a and I2a. In addition,
In this case, the NMOS transistors of the differential circuit from the (L + 1) th stage to the Mth stage and the active load circuit are respectively M
N1a to MN4a.

【0075】たとえば、1段目からL段目までのCMO
S差動増幅回路においては、振幅が小さくなるように発
振周波数を制御し、一方、(L+1)段目からM段目ま
でのCMOS差動増幅回路においては、振幅を大きくし
てゲインを増加させるように発振周波数を制御すること
ができる。また、このような分割の他に、たとえば奇数
段と複数段とに分けて分割するなど、目的に応じてM段
で構成されるCMOS差動増幅回路を任意の割合で選択
的に組み合わせて分割し、この分割された複数の系統を
それぞれ異なる電流源により制御することができる。
For example, the CMO from the first stage to the L-th stage
In the S differential amplifying circuit, the oscillation frequency is controlled so as to reduce the amplitude. On the other hand, in the (L + 1) th to Mth CMOS differential amplifying circuits, the amplitude is increased to increase the gain. The oscillation frequency can be controlled as described above. In addition to such division, a CMOS differential amplifier circuit composed of M stages is selectively combined at an arbitrary ratio according to the purpose, for example, divided into odd stages and plural stages. The plurality of divided systems can be controlled by different current sources.

【0076】従って、本実施の形態5の電流制御方式の
リング発振器は、前記実施の形態1〜4と同様に電源変
動に対するジッタが小さく、ノイズ発生量を低減し、動
作可能発振周波数が高く、かつ消費電力が小さくできる
という効果を実現することができるとともに、特にCM
OS差動増幅回路を任意の割合で選択的に組み合わせて
分割することにより、複数の系統をそれぞれ異なる電流
源CS1〜CS3により制御することができるので、目
的に応じた発振周波数の制御が可能となる。
Therefore, the ring oscillator of the current control method according to the fifth embodiment has a small jitter with respect to power supply fluctuation, a reduced amount of noise generation, a high operable oscillation frequency, And the power consumption can be reduced.
By selectively combining and dividing the OS differential amplifier circuit at an arbitrary ratio, a plurality of systems can be controlled by different current sources CS1 to CS3, respectively, so that the oscillation frequency can be controlled according to the purpose. Become.

【0077】(実施の形態6)図11は本発明の実施の
形態6である電流制御方式のリング発振器を示す回路図
である。
(Embodiment 6) FIG. 11 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to Embodiment 6 of the present invention.

【0078】本実施の形態6の電流制御方式のリング発
振器は、前記実施の形態1〜5と同様に、差動の入出力
端子を備えたCMOS差動増幅回路からなる遅延回路を
複数段数縦続接続するとともにリング状態に接続して構
成したリング発振器とされ、前記実施の形態1〜5との
相違点は、M段のCMOS差動増幅回路のうち1つまた
は複数のCMOS差動増幅回路の電流源の電流を固定す
るようにした点である。
In the ring oscillator of the current control system according to the sixth embodiment, similarly to the first to fifth embodiments, a delay circuit comprising a CMOS differential amplifier circuit having differential input / output terminals is cascaded in a plurality of stages. A ring oscillator configured to be connected and connected in a ring state is different from the first to fifth embodiments in that one or a plurality of CMOS differential amplifier circuits of the M-stage CMOS differential amplifier circuits are provided. The point is that the current of the current source is fixed.

【0079】すなわち、前記実施の形態1〜5の電流制
御方式のリング発振器は、出力振幅を小さくすることに
よって差動回路形式のリング発振器よりも高い発振周波
数を得ているが、信号を取り出すためにリング発振器の
発振周波数を落とさずに増幅できる出力バッファ回路が
必要となる場合があり、その一例として本実施の形態6
においては図11に示すように、M段目のCMOS差動
増幅回路の電流源CS1〜CS3の電流を固定バイアス
電圧源V7,V8で固定して、他の可変バイアス電圧源
V1,V2による電流可変のCMOS差動増幅回路の動
作振幅より大きな振幅で動作させるようにしたものであ
る。
That is, the current controlled ring oscillators of the first to fifth embodiments obtain a higher oscillation frequency than the differential circuit type ring oscillator by reducing the output amplitude. In some cases, an output buffer circuit that can amplify the signal without lowering the oscillation frequency of the ring oscillator is required.
In FIG. 11, as shown in FIG. 11, the currents of the current sources CS1 to CS3 of the M-th stage CMOS differential amplifier circuit are fixed by fixed bias voltage sources V7 and V8, and the currents by the other variable bias voltage sources V1 and V2. The operation is performed with an amplitude larger than the operation amplitude of the variable CMOS differential amplifier circuit.

【0080】そのために、制御端子T1,T2に接続さ
れる電流源CS1〜CS3のNMOSトランジスタMN
5〜MN7に流れる電流I1,I2と、M段目のCMO
S差動増幅回路の制御端子T1b,T2bに接続される
電流源CS1〜CS3のNMOSトランジスタMN5b
〜MN7bに流れる電流I1b,I2bとを分け、それ
ぞれの電流I1,I2を可変して発振周波数を制御す
る。なお、この場合にM段目の差動回路および能動負荷
回路のNMOSトランジスタはそれぞれMN1b〜MN
4bとする。
For this purpose, the NMOS transistors MN of the current sources CS1 to CS3 connected to the control terminals T1 and T2
Currents I1 and I2 flowing through MN7 to MN7 and the CMO
NMOS transistors MN5b of current sources CS1 to CS3 connected to control terminals T1b and T2b of the S differential amplifier circuit
MMN7b are separated from currents I1b and I2b, and the currents I1 and I2 are varied to control the oscillation frequency. In this case, the NMOS transistors of the M-th differential circuit and the active load circuit are MN1b to MN1 respectively.
4b.

【0081】よって、本実施の形態6の電流制御方式の
リング発振器においては、M段目のみ電流固定して出力
振幅を大きくしたり、または出力位相として取り出した
いM段目を選択的に固定電流化することで、特定段のC
MOS差動増幅回路のみ固定電流として電流制御せずに
出力の安定動作を図ることができる。なお、電流の固定
はM段目のみに限らず、出力振幅を大きくしたり、また
は出力位相として取り出したい他の段を固定したり、さ
らには複数の段を固定するようなことも目的に対応させ
て可能である。
Therefore, in the ring oscillator of the current control system according to the sixth embodiment, the output amplitude is increased by fixing the current only in the M-th stage, or the M-th stage to be extracted as the output phase is selectively fixed current. By converting to a specific stage, C
Only the MOS differential amplifier circuit can achieve stable output operation without current control as a fixed current. It should be noted that the current is not limited to the M-th stage, but the output amplitude may be increased, another stage to be extracted as an output phase may be fixed, or a plurality of stages may be fixed. It is possible.

【0082】従って、本実施の形態6の電流制御方式の
リング発振器は、前記実施の形態1〜5と同様に電源変
動に対するジッタが小さく、ノイズ発生量を低減し、動
作可能発振周波数が高く、かつ消費電力が小さくできる
という効果を実現することができるとともに、特にM段
のCMOS差動増幅回路のうち1つまたは複数のCMO
S差動増幅回路の電流源CS1〜CS3の電流を固定す
ることにより、出力振幅を大きくしたり、または出力位
相として取り出したい特定段のCMOS差動増幅回路の
み電流制御しないで、出力の安定動作を図ることができ
る。
Therefore, the ring oscillator of the current control system according to the sixth embodiment has a small jitter with respect to power supply fluctuation, a reduced amount of noise generation, a high operable oscillation frequency, In addition to the effect that power consumption can be reduced, one or more CMOs in an M-stage CMOS differential amplifier circuit can be realized.
By fixing the currents of the current sources CS1 to CS3 of the S differential amplifying circuit, the output amplitude can be increased or the output of the CMOS differential amplifying circuit of a specific stage which is desired to be taken out as the output phase is not current controlled, and the output can be stably operated. Can be achieved.

【0083】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態1〜6に基づき具体的に説明したが、本
発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the first to sixth embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment and does not depart from the gist of the invention. It goes without saying that various changes can be made within the range.

【0084】たとえば、前記実施の形態1〜6の電流制
御方式のリング発振器については、CMOS差動増幅回
路は全てNMOSトランジスタで構成する場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
たとえば能動負荷回路のMOSトランジスタはPMOS
トランジスタで構成することもでき、または全てのMO
SトランジスタをPMOSトランジスタで構成する場合
などについても適用可能である。
For example, in the current controlled ring oscillators of the first to sixth embodiments, a case has been described in which the CMOS differential amplifier circuits are all constituted by NMOS transistors. However, the present invention is not limited to this. Not
For example, the MOS transistor of the active load circuit is PMOS
It can be composed of transistors or all MO
The present invention is also applicable to a case where the S transistor is configured by a PMOS transistor.

【0085】また、前記実施の形態2として、図5にそ
れぞれの電流I1,I2を比例制御して発振周波数を可
変制御する方式として単一電源の方式を示したが、図1
に示した可変バイアス電圧源V1,V2に特定の関係を
持たせることにより、電流I1に対する電流I2の変化
に関して特定の係数を与えて発振周波数を制御する方法
が考えられる。
As the second embodiment, a single power supply system is shown in FIG. 5 as a system for variably controlling the oscillation frequency by proportionally controlling the currents I1 and I2.
By giving a specific relationship to the variable bias voltage sources V1 and V2 shown in (1), a specific coefficient can be given to a change in the current I2 with respect to the current I1 to control the oscillation frequency.

【0086】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその属する技術分野である映像信号処
理装置、マイクロコンピュータに用いられる電流制御方
式のリング発振器に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、他のCMOSデバイス
のPLL用の発振器、たとえば映像信号への文字加算機
能や映像信号の多重加算機能に必要な色副搬送波発生用
PLLや文字表示位置制御信号発生用PLLの発振器、
および高速動作マイクロコンピュータやディジタル信号
処理プロセッサのクロック発生用PLLの発振器を用い
た各種の半導体集積回路装置についても広く適用可能で
ある。
In the above description, mainly the case where the invention made by the present inventor is applied to a video signal processing device and a current controlled ring oscillator used in a microcomputer, which are technical fields to which the invention belongs, has been described.
However, the present invention is not limited to this. Oscillator for PLL of other CMOS devices, for example, PLL for generating a color subcarrier required for a function of adding a character to a video signal or a multiplexing addition function of a video signal, and generation of a character display position control signal PLL oscillator for
In addition, the present invention can be widely applied to various semiconductor integrated circuit devices using a high-speed operation microcomputer or a clock generator PLL oscillator for a digital signal processor.

【0087】[0087]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.

【0088】(1).本発明をCMOSデバイスのPLLの
発振器に使用した場合には、インバータ形式ではなく、
差動回路形式のCMOS差動増幅回路を用いた電流制御
方式のリング発振器であるために、電源・GND変動に
強いので、ジッタが小さいクロックを供給することがで
きる。
(1) When the present invention is used for a PLL oscillator of a CMOS device, it is not an inverter type, but
Since it is a ring oscillator of a current control method using a CMOS differential amplifier circuit of a differential circuit type, it is strong against power supply and GND fluctuations, so that a clock with small jitter can be supplied.

【0089】(2).差動回路形式のCMOS差動増幅回路
で、動作振幅に制限を加えた方式の電流制御方式のリン
グ発振器であり、発振器自身が発生する振幅を低減して
いるために、映像信号処理装置などに適用した場合に映
像信号などの被処理信号へのノイズクロストーク量を低
減することができる。
(2) A differential-circuit type CMOS differential amplifier circuit, a current-controlled ring oscillator in which the operating amplitude is limited, and the amplitude generated by the oscillator itself is reduced. When applied to a video signal processing device or the like, the amount of noise crosstalk to a signal to be processed such as a video signal can be reduced.

【0090】(3).遅延回路としてのCMOS差動増幅回
路における能動負荷回路での動作出力振幅を制御可能と
することによって、発振可能な上限周波数が拡大できる
ので高い発振周波数を得ることができる。
(3) By making it possible to control the operation output amplitude of the active load circuit in the CMOS differential amplifier circuit as a delay circuit, the upper limit frequency of oscillation can be expanded, so that a high oscillation frequency can be obtained. .

【0091】(4).動作可能な発振周波数の上限の拡大が
実現できるため、必要な発振周波数での消費電力を低減
することができる。
(4) Since the upper limit of the operable oscillation frequency can be increased, power consumption at a required oscillation frequency can be reduced.

【0092】(5).前記(1) 〜(4) により、CMOSデバ
イスのPLL用の発振器の特性を向上させることができ
るので、たとえば映像信号への文字加算機能や映像信号
の多重加算機能に必要な色副搬送波発生用PLLや文字
表示位置制御信号発生用PLLの発振器、および高速動
作マイクロコンピュータやディジタル信号処理プロセッ
サのクロック発生用PLLの発振器を用いた各種の半導
体集積回路装置の高速化および低消費電力化を可能とす
ることができる。
(5) Since the characteristics of the oscillator for the PLL of the CMOS device can be improved by the above (1) to (4), for example, the function of adding a character to a video signal and the function of multiplexing a video signal are improved. Oscillation of necessary color sub-carrier generation PLL and character display position control signal generation PLL, and various semiconductor integrated circuit devices using high-speed operation microcomputer and digital signal processor clock generation PLL oscillator. Low power consumption can be achieved.

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

【図1】本発明の実施の形態1である電流制御方式のリ
ング発振器を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1に対する比較例としての
一般的なインバータ形式による電流制御方式のリング発
振器を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator of a general inverter type as a comparative example with respect to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1に対する比較例としての
一般的な差動回路形式による電流制御方式のリング発振
器を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a current-controlled ring oscillator of a general differential circuit type as a comparative example with respect to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の形態1の電流制御方式のリング
発振器を用いた映像信号処理装置からなる半導体集積回
路装置を示す機能ブロック図である。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a semiconductor integrated circuit device including a video signal processing device using a current-controlled ring oscillator according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態2である電流制御方式のリ
ング発振器を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態2の電流制御方式のリング
発振器と、本実施の形態2に対する比較例としての一般
的な差動回路形式による電流制御方式のリング発振器と
の制御電流比と発振周波数との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 6 shows a control current ratio between a current-controlled ring oscillator according to the second embodiment of the present invention and a current-controlled ring oscillator using a general differential circuit as a comparative example with respect to the second embodiment; FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a relationship with an oscillation frequency.

【図7】本発明の実施の形態2の電流制御方式のリング
発振器を用いたマイクロコンピュータからなる半導体集
積回路装置を示す機能ブロック図である。
FIG. 7 is a functional block diagram illustrating a semiconductor integrated circuit device including a microcomputer using a current-controlled ring oscillator according to a second embodiment of the present invention;

【図8】本発明の実施の形態3である電流制御方式のリ
ング発振器を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態4である電流制御方式のリ
ング発振器を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態5である電流制御方式の
リング発振器を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a current controlled ring oscillator according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態6である電流制御方式の
リング発振器を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a current controlled ring oscillator according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 差動回路 2 能動負荷回路 3 映像信号処理装置 4,4a 位相比較器 5,5a 低域フィルタ 6,6a 電圧−電流変換回路 7,7a 電流制御方式のリング発振器 8,8a 分周回路 9,9a PLL 10 ディジタル信号処理回路 11 メモリ 12 A/D変換器 13 D/A変換器 14 同期分離回路 15 分周回路 16 マイクロコンピュータ 17 CPU 18 ROM 19 RAM 20 入出力回路 CS1〜CS3 電流源 MN1〜MN10 NMOSトランジスタ MN1a〜MN7a,MN1b〜MN7b NMOSト
ランジスタ V1〜V6 可変バイアス電圧源 V7,V8 固定バイアス電圧源 IN1,IN2 入力端子 OUT1,OUT2 出力端子 T1〜T4 制御端子 T1a,T2a,T1b,T2b 制御端子 Vcc 電源 GND 接地 I1〜I4 電流 I1a,I2a,I1b,I2b 電流 mp1,mn1,mp2,mn2 MOSトランジスタ v1,v2 可変バイアス電圧源 in 入力端子 out 出力端子 i1,i2 電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Differential circuit 2 Active load circuit 3 Video signal processor 4, 4a Phase comparator 5, 5a Low-pass filter 6, 6a Voltage-current conversion circuit 7, 7a Current controlled ring oscillator 8, 8a Dividing circuit 9, 9a PLL 10 Digital signal processing circuit 11 Memory 12 A / D converter 13 D / A converter 14 Synchronization separation circuit 15 Divider circuit 16 Microcomputer 17 CPU 18 ROM 19 RAM 20 Input / output circuit CS1-CS3 Current sources MN1-MN10 NMOS transistors MN1a to MN7a, MN1b to MN7b NMOS transistors V1 to V6 Variable bias voltage sources V7, V8 Fixed bias voltage sources IN1, IN2 Input terminals OUT1, OUT2 Output terminals T1 to T4 Control terminals T1a, T2a, T1b, T2b Control terminals Vcc Power supply GND connection Ground I1 to I4 Current I1a, I2a, I1b, I2b Current mp1, mn1, mp2, mn2 MOS transistor v1, v2 Variable bias voltage source in Input terminal out Output terminal i1, i2 Current

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦続接続された複数段数の遅延回路で構
成されるリング発振器であって、 前記複数段数の遅延回路は、それぞれ第1電源と第2電
源との間に接続される、一対のMOSトランジスタによ
る能動負荷回路と、一対のMOSトランジスタによる差
動回路と、MOSトランジスタによる第1電流源とから
構成され、前記差動回路の2つのゲートがそれぞれ第1
入力端子および第2入力端子に接続され、前記能動負荷
回路と前記差動回路の2つのドレインとの接続点が第1
出力端子および第2出力端子に接続され、前記第1入力
端子および前記第2入力端子への入力信号に対して前記
第1出力端子および前記第2出力端子の出力信号は互い
に異なる位相で変化するCMOS差動増幅回路からな
り、 前記能動負荷回路と前記差動回路の2つの接続点と前記
第2電源との間に、前記能動負荷回路に流れる電流を制
御する第2電流源と第3電流源とが接続されてなること
を特徴とする電流制御方式のリング発振器。
1. A ring oscillator comprising a plurality of stages of cascaded delay circuits, wherein the plurality of stages of delay circuits are respectively connected between a first power supply and a second power supply. It comprises an active load circuit composed of MOS transistors, a differential circuit composed of a pair of MOS transistors, and a first current source composed of MOS transistors.
A connection point between the active load circuit and two drains of the differential circuit is connected to an input terminal and a second input terminal;
The output signals of the first output terminal and the second output terminal are connected to an output terminal and a second output terminal, and output signals of the first output terminal and the second output terminal change in different phases with respect to input signals to the first input terminal and the second input terminal. A second current source and a third current between a second connection point between the active load circuit and the differential circuit and the second power supply, the current source controlling a current flowing through the active load circuit; A current controlled ring oscillator characterized by being connected to a source.
【請求項2】 請求項1記載の電流制御方式のリング発
振器であって、 前記差動回路は、それぞれのゲートが前記第1入力端子
および前記第2入力端子に接続され、かつそれぞれのド
レインが前記第1出力端子および前記第2出力端子に接
続された同一形状の一対の第1MOSトランジスタおよ
び第2MOSトランジスタからなり、 前記能動負荷回路は、前記第1MOSトランジスタおよ
び前記第2MOSトランジスタのそれぞれのドレインに
接続され、かつ前記第1電源に接続された一対の第3M
OSトランジスタおよび第4MOSトランジスタからな
り、 前記第1電流源は、第1制御端子に供給される電圧で制
御され、かつ前記第1MOSトランジスタおよび前記第
2MOSトランジスタに電流を供給する第5MOSトラ
ンジスタからなり、 前記第2電流源および前記第3電流源は、第2制御端子
に供給される電圧で制御され、かつ前記第3MOSトラ
ンジスタおよび前記第4MOSトランジスタに独立に同
値の電流を供給する第6MOSトランジスタおよび第7
MOSトランジスタからなり、 前記第1入力端子および前記第2入力端子のそれぞれの
直流変化に対して、前記第1出力端子は逆相と同相で変
化し、前記第2出力端子は同相と逆相で変化するように
構成され、 前記CMOS差動増幅回路がM(M=2以上の整数)段
で構成される場合に、K段目(K=2〜M)の2つの入
力端子はそれぞれ(K−1)段目の2つの出力端子に接
続されて、1段目の第1入力端子の直流変化に対して逆
相に動作するM段目の出力端子側を1段目の第1入力端
子に接続し、他方のM段目の出力端子側を1段目の第2
入力端子に接続し、 M段の全ての前記CMOS差動増幅回路の前記第1制御
端子および前記第2制御端子は共通に制御され、 前記第1電流源の電流と、前記第2電流源および前記第
3電流源の電流とを独立に制御して発振周波数を変化さ
せることを特徴とする電流制御方式のリング発振器。
2. The current controlled ring oscillator according to claim 1, wherein the differential circuit has a gate connected to the first input terminal and the second input terminal, and a drain connected to the first input terminal and the second input terminal. The active load circuit comprises a pair of first MOS transistor and second MOS transistor having the same shape connected to the first output terminal and the second output terminal, and the active load circuit is connected to respective drains of the first MOS transistor and the second MOS transistor. A pair of third M connected to the first power source
An OS transistor and a fourth MOS transistor; the first current source is controlled by a voltage supplied to a first control terminal, and includes a fifth MOS transistor that supplies a current to the first MOS transistor and the second MOS transistor; The second current source and the third current source are controlled by a voltage supplied to a second control terminal, and further include a sixth MOS transistor and a sixth MOS transistor that independently supply the same current to the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. 7
A MOS transistor, wherein the first output terminal changes in phase with the opposite phase with respect to each DC change of the first input terminal and the second input terminal, and the second output terminal changes in phase with the opposite phase. In the case where the CMOS differential amplifier circuit has M (M = an integer of 2 or more) stages, the two input terminals of the K-th stage (K = 2 to M) are set to (K -1) The M-th output terminal connected to the two output terminals of the first stage and operating in the opposite phase to the DC change of the first input terminal of the first stage is the first input terminal of the first stage , And the other output terminal side of the M-th stage is connected to the second stage of the first stage.
Connected to an input terminal, wherein the first control terminal and the second control terminal of all the M-stage CMOS differential amplifier circuits are commonly controlled, and the current of the first current source, the second current source, A current controlled ring oscillator, wherein the oscillation frequency is changed by controlling the current of the third current source independently.
【請求項3】 請求項2記載の電流制御方式のリング発
振器であって、前記第1電流源と前記第2電流源および
前記第3電流源とは同一の電圧で連動して制御され、前
記第1電流源の電流の変化に対して、前記第2電流源お
よび前記第3電流源の電流の変化の割合を任意の倍数と
することを特徴とする電流制御方式のリング発振器。
3. The current controlled ring oscillator according to claim 2, wherein the first current source, the second current source, and the third current source are controlled in association with each other at the same voltage. A current controlled ring oscillator, wherein the rate of change of the currents of the second and third current sources with respect to the change of the current of the first current source is an arbitrary multiple.
【請求項4】 請求項2または3記載の電流制御方式の
リング発振器であって、前記第1電流源は、前記第1制
御端子にゲートが接続され、かつソース接地された前記
第5MOSトランジスタと、前記第5MOSトランジス
タに対してカスコード接続され、第3制御端子にゲート
が接続された第8MOSトランジスタとから構成される
第1カスコード接続電流源であり、前記第2電流源およ
び前記第3電流源は、前記第2制御端子にゲートが接続
され、かつソース接地された前記第6MOSトランジス
タおよび前記第7MOSトランジスタと、前記第6MO
Sトランジスタおよび前記第7MOSトランジスタに対
してそれぞれカスコード接続され、第4制御端子にゲー
トが接続された第9MOSトランジスタおよび第10M
OSトランジスタとから構成される第2カスコード接続
電流源および第3カスコード接続電流源であることを特
徴とする電流制御方式のリング発振器。
4. The current controlled ring oscillator according to claim 2, wherein the first current source is connected to the fifth MOS transistor whose gate is connected to the first control terminal and whose source is grounded. Cascode connected to the fifth MOS transistor, and an eighth MOS transistor having a gate connected to a third control terminal, the first cascode connected current source, and the second current source and the third current source. The sixth MOS transistor and the seventh MOS transistor whose gates are connected to the second control terminal and whose source is grounded;
A ninth MOS transistor and a ninth MOS transistor each having a cascode connection to the S transistor and the seventh MOS transistor and a gate connected to the fourth control terminal.
A current-controlled ring oscillator comprising a second cascode-connected current source and a third cascode-connected current source each including an OS transistor.
【請求項5】 請求項4記載の電流制御方式のリング発
振器であって、前記第2電流源および前記第3電流源
は、前記第2制御端子にゲートが接続され、かつソース
接地された前記第6MOSトランジスタと、前記第6M
OSトランジスタに対してそれぞれカスコード接続さ
れ、第4制御端子にゲートが接続された第9MOSトラ
ンジスタおよび第10MOSトランジスタとから構成さ
れ、前記第6MOSトランジスタのドレインから出力さ
れる電流を、前記第9MOSトランジスタおよび前記第
10MOSトランジスタでそれぞれ1/2に分配して発
生することを特徴とする電流制御方式のリング発振器。
5. The current controlled ring oscillator according to claim 4, wherein the second current source and the third current source have a gate connected to the second control terminal and a source grounded. A sixth MOS transistor;
A ninth MOS transistor and a tenth MOS transistor, each of which is cascode-connected to the OS transistor and whose gate is connected to the fourth control terminal, are configured to output a current output from the drain of the sixth MOS transistor to the ninth MOS transistor. A ring oscillator of a current control system, wherein the ring oscillators are generated by being divided in half by the tenth MOS transistors.
【請求項6】 請求項2、3、4または5記載の電流制
御方式のリング発振器であって、M段で構成される前記
CMOS差動増幅回路を任意の割合で選択的に組み合わ
せて分割し、この分割された複数の系統をそれぞれ異な
る電流源により制御することを特徴とする電流制御方式
のリング発振器。
6. The current controlled ring oscillator according to claim 2, 3, 4 or 5, wherein said CMOS differential amplifier circuit composed of M stages is selectively combined at an arbitrary ratio and divided. A current controlled ring oscillator, wherein the plurality of divided systems are controlled by different current sources.
【請求項7】 請求項2、3、4、5または6記載の電
流制御方式のリング発振器であって、M段で構成される
前記CMOS差動増幅回路のうち1つまたは複数の前記
CMOS差動増幅回路から信号を取り出す場合に、前記
1つまたは複数のCMOS差動増幅回路の複数の電流源
の電流を固定して、残りの電流源の電流が可変される前
記CMOS差動増幅回路の動作振幅より大きな振幅で動
作させることを特徴とする電流制御方式のリング発振
器。
7. The current controlled ring oscillator according to claim 2, wherein at least one of said CMOS differential amplifier circuits of said CMOS differential amplifier circuit composed of M stages. When extracting a signal from the dynamic amplifier circuit, the currents of the plurality of current sources of the one or more CMOS differential amplifier circuits are fixed, and the currents of the remaining current sources are varied. A current controlled ring oscillator characterized by operating at an amplitude greater than the operating amplitude.
【請求項8】 請求項1、2、3、4、5、6または7
記載の電流制御方式のリング発振器を用いた半導体集積
回路装置であって、少なくとも、前記リング発振器と、
映像信号などのディジタル信号処理回路と、その周辺回
路とによる映像信号処理装置からなることを特徴とする
半導体集積回路装置。
8. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
A semiconductor integrated circuit device using the current controlled ring oscillator according to the description, at least, the ring oscillator,
A semiconductor integrated circuit device comprising a video signal processing device including a digital signal processing circuit for a video signal or the like and a peripheral circuit thereof.
【請求項9】 請求項1、2、3、4、5、6または7
記載の電流制御方式のリング発振器を用いた半導体集積
回路装置であって、少なくとも、前記リング発振器と、
中央処理装置と、記憶回路と、その周辺回路とによるマ
イクロコンピュータまたはディジタル信号処理プロセッ
サからなることを特徴とする半導体集積回路装置。
9. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
A semiconductor integrated circuit device using the current controlled ring oscillator according to the description, at least, the ring oscillator,
A semiconductor integrated circuit device comprising a microcomputer or a digital signal processor including a central processing unit, a storage circuit, and peripheral circuits.
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