JPH1117500A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は半導体集積回路において、安定な周波
数を得ることができる発振回路を実現する手段を提供す
ることにある。 【解決手段】ＰＬＬ内の発振しているインバータと同一
の特性のインバータで、発振している動作状態と同一の
状態でのＤＣレベルを得、発振信号と該ＤＣレベルとを
比較する。 【効果】本発明の半導体集積回路によれば、電源電圧や
温度など環境の変動によって特性が変動しても、常に最
適な比較をすることができるので、発振回路から安定な
周波数を得ることができる。かつその安定動作範囲を拡
げることが可能となる。デバイス特性が量産ばらつきを
生じたとしても、常に最適なＤＣレベルを保つため、デ
バイス特性変動の影響を事実上完全に排除することが可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は安定な周波数を得る
ことができる発振回路を具備した半導体集積回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】昨今の半導体集積回路においては、制御
可能でかつ安定な発振回路を実現することがきわめて重
要な課題となっている。基準となる周波数をもとにして
目的とする任意の周波数を発生したり、外部基準クロッ
クに対して位相の異なったクロックを発生したりする技
術がそれで、一般にＰＬＬ技術として公知である。この
ＰＬＬを実現するために必要不可欠な回路要素が電圧制
御発振回路または電流制御発振回路である。

【０００３】図３は従来の電圧制御発振回路の例であ
る。インバータ１０３が奇数段で環状に接続されている
ので、このリングオシレータ回路は安定なＤＣ電圧点を
持たず、発振する。リングオシレータには制御電圧入力
端子１０１と１０２があり、電圧制御定電流源１０４と
１０５によってインバータ１０３の能力が制御されるの
で、発振周波数が変化する。従ってこの回路は電圧制御
発振回路として作用する。

【０００４】リングオシレータの発振電圧出力レベルは
デジタル的なハイ／ローレベルではなく、不飽和振幅な
ので、電圧比較回路を用いてハイ／ローレベルに変換す
る必要がある。従来技術においては、定電圧源３０１を
用い、ある固定された電圧レベルと比較を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのような形
式のリングオシレータでは、発振周波数を制御しようと
すると、同時に発振電圧出力レベルも変動してしまうと
いう欠点がある。つまり、周波数と連動して振幅が大き
く又は小さく変動したり、発振振幅の平均値（以下ＤＣ
レベルと記述する）が変動してしまうため、固定された
電圧レベルとの比較では、安定な比較が得にくくなって
しまう。実用になる範囲が狭いとも表現することができ
る。従来技術においては、例えば周波数範囲に応じてい
くつかの固定電圧レベルを切り替えて比較電圧として使
用するといった対策も見られたが抜本対策とはなりえな
いし、回路規模が増加するため商業的に不利である。

【０００６】従来技術ではコンデンサーを使用してＡＣ
結合回路を構成して、電圧振幅成分（ＡＣ成分）のみを
抽出する例も見受けられるが、この方法は半導体集積回
路では適当でない。実用上十分な容量のコンデンサーを
実現するためには半導体集積回路上に大きな面積を要す
るので商業的に不利となるからである。またこの目的の
ために半導体集積回路外にコンデンサーを設けるとすれ
ば、入出力のために信号端子を割り当てなければなら
ず、やはり商業上好ましくない。

【０００７】望ましくは、発振している状態での電圧を
逐次検出し、その平均値を取ってＤＣレベルとし、それ
を比較電圧とするべきである。殊に半導体集積回路にお
いては、電源電圧や温度など環境の変動によって特性が
変動しやすい傾向にあるので、刻々変化する環境条件に
応じて最適な比較電圧を得ることができれば、動作範囲
を飛躍的に拡げることが可能となり、商品性の向上に寄
与する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体集積
回路は、制御電圧入力端子もしくは制御電流入力端子
と、奇数段のインバータから成るリングオシレータと、
該制御電圧もしくは制御電流によって制御される定電流
源と、該リングオシレータを構成するインバータと同一
特性のインバータから成るバイアス発生回路と、２入力
電圧比較回路とを有し、該リングオシレータ回路の出力
が該電圧比較回路の一方の入力に接続され、該バイアス
発生回路の出力が該電圧比較回路の他方の入力に接続さ
れている電圧制御型もしくは電流制御型の発振回路を具
備したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】このように、リングオシレータを構成するイン
バータと同一特性のインバータから成る回路を使って、
バイアス電圧を得ると、その電圧は自ずとリングオシレ
ータの発振電圧のＤＣ成分とほぼ同一の電圧となること
から、比較電圧としては最適なものが得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例である。リ
ングオシレータを構成するインバータ１０３と同一特性
のインバータ１０３の入力端子と出力端子とを短絡する
ことにより、入力電圧と出力電圧は強制的に等しくな
る。すなわちこの電圧は発振状態でのＤＣレベルを示す
ものとなる。

【００１１】電圧比較回路１０６は、入力された２つの
電圧を比較して電圧レベルの大小を出力する、一般的に
いうところのコンパレータである。開放利得の高い差動
電圧増幅器、いわゆるＯＰアンプも使用できる。

【００１２】リングオシレータでは発振信号電圧振幅は
小さいが、電圧比較器１０６にて十分に高いレベルに変
換されて発振回路出力端子１０７に出力される。

【００１３】図２は本発明の実施例でのインバータの構
成例である。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２１１と
ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２１２から成るインバ
ータであるが、Ｐチャンネル側ソース端子２０１とＮチ
ャンネル側ソース端子２０２は電源端子に直接接続され
るものではなく、おのおのＰチャンネル側電圧制御定電
流源１０４とＮチャンネル側電圧制御定電流源１０５に
接続されている。通常の論理インバータでは、入出力を
短絡して使用すると、過大な電流が流れて不都合である
が、このように電流制限されているため、本実施例では
不都合は生じない。なお本実施例では電圧制御型発振回
路を例にとって説明したが、電流制御発振回路であって
も同様の実施が可能であり、同様の効果を得ることが可
能である。

【００１４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、発振しているイ
ンバータと同一の特性のインバータで、発振している動
作状態と同一の状態でのＤＣレベルを得ることができ、
その電圧を比較電圧とすることが可能になる。このた
め、本発明の半導体集積回路においては、電源電圧や温
度など環境の変動によって特性が変動しても、常に最適
な比較電圧を得ることができるので、動作範囲を飛躍的
に拡げることが可能となり、商品性が著しく向上する。
また同時に、デバイス特性が量産ばらつきを生じたとし
ても、常に最適なＤＣレベルを保つため、デバイス特性
変動の影響を事実上完全に排除することが可能になると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の半導体装置の電圧制御型発振
回路の回路図。

【図２】図１の実施例のインバータの構成例の回路図。

【図３】従来の電圧制御型発振回路の回路図。

【符号の説明】

１０１・・・Ｐチャンネル側制御電圧入力端子 １０２・・・Ｎチャンネル側制御電圧入力端子 １０３・・・インバータ １０４・・・Ｐチャンネル側電圧制御定電流源 １０５・・・Ｎチャンネル側電圧制御定電流源 １０６・・・電圧比較回路 １０７・・・発振回路出力端子 ２０１・・・インバータのＰチャンネル側ソース端子 ２０２・・・インバータのＮチャンネル側ソース端子 ２０３・・・インバータの入力端子 ２０４・・・インバータの出力端子 ２１１・・・ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ ２１２・・・ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ ２２１・・・ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのゲート
電極 ２２２・・・ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソース
電極 ２２３・・・ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイ
ン電極 ２２４・・・ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのゲート
電極 ２２５・・・ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース
電極 ２２６・・・ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイ
ン電極 ３０１・・・固定定電圧源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御電圧入力端子もしくは制御電流入力端
   子と、奇数段のインバータから成るリングオシレータ
   と、該制御電圧もしくは制御電流によって制御される定
   電流源と、該リングオシレータを構成するインバータと
   同一特性のインバータから成るバイアス発生回路と、２
   入力電圧比較回路とを有し、該リングオシレータ回路の
   出力が該電圧比較回路の一方の入力に接続され、該バイ
   アス発生回路の出力が該電圧比較回路の他方の入力に接
   続されている電圧制御型もしくは電流制御型の発振回路
   を具備したことを特徴とする半導体集積回路。