JPH11330952A - 発振器 - Google Patents

発振器

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JPH11330952A
JPH11330952A JP10136406A JP13640698A JPH11330952A JP H11330952 A JPH11330952 A JP H11330952A JP 10136406 A JP10136406 A JP 10136406A JP 13640698 A JP13640698 A JP 13640698A JP H11330952 A JPH11330952 A JP H11330952A
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隆史 森江
Shiro Michimasa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧に重畳するノイズの影響を抑え、か
つ、発振周波数の温度変動を低減する発振器を提供す
る。 【解決手段】 基準電圧源から生成される温度比例電流
と温度に依存しない電流の和と差をとることにより、適
当な温度勾配を設けた電流をソースフォロワ回路40の
入出力間のトランジスタに流すことで、所望の温度勾配
を持つソースフォロワ回路40を実現する。このソース
フォロワ回路40で発振器41の電源電圧を供給するこ
とにより発振周波数の温度依存性を低減する。また、発
振器41の発振周波数制御を前記の温度勾配を設けた電
流源6と電流出力型のDAコンバータ52を用いること
で、さらに自由度の大きな発振周波数の温度制御を行
い、発振器41の温度変動を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度補償した発振器
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発振器は、半導体回路の基本回路の一つ
であり、位相同期回路(PLL)の構成要素として多くの電
子機器に搭載されている。これらの発振器は、制御信号
によって発振周波数を可変にできる構成となっており、
多くの場合、外部から与えられた参照信号と同期をする
ように制御される。したがって、発振器に要求される重
要な特性には、(1)外部の制御信号によって発振周波
数が変化すること、(2)ジッタの少ない安定した波形
が得られることがあげられる。
【0003】発振器の古くからの応用分野は、プロセッ
サ内のPLLや通信機器内のクロックリカバリ回路であ
り、単一あるいは少数の限られた周波数さえ出力できれ
ばよかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年技術開発
の盛んなCD,DVD,HDといったディスクメディア
を読み書きするリードチャネル回路では、ディスクの内
周と外周によってデータの密度が異なるため、幅広い周
波数を出力する発振器が必要とされる。このような幅広
い発振周波数を必要とする分野においては、上記の
(1),(2)の要件に加え、(3)温度による周波数
ドリフトが少ないことが要求される。
【0005】発振周波数の温度ドリフトが大きいと、所
望の周波数範囲をカバーできないという問題が生ずる。
これを防ぐためには、大きなマージンを見込んで更に広
い範囲の周波数をカバーする発振器を用いればよいが、
それだけ回路のコストが高くなる。また、周波数のマー
ジンを大きく見込めば、発振周波数制御の精度を落とす
だけでなく、制御信号に重畳するノイズの影響をより大
きくするため、発振波形のジッタを増大させる。これ
は、リードチャネル回路のビット誤り率の増加につなが
る。したがって、このような応用分野では温度変動のな
い発振器を提供することが重要な課題である。
【0006】上記(2),(3)の要件を満たす為に
は、発振器に温度変動がなく、かつ、ノイズが少ない安
定な電源から電源電圧を供給することが必要となる。あ
るいは、発振器固有の温度特性を打ち消すように温度変
動を設けた安定な電源から電源電圧を供給することが必
要となる。更には、発振器のバイアス電圧に温度変動を
設け、発振器の温度変動を打ち消すことも必要となる。
【0007】従って、本発明の目的は、温度変動を低減
させた安定した電源を供給するソースフォロワ回路を提
供することにある。
【0008】また本発明の他の目的は、発振器において
電源電圧に重畳するノイズの影響を抑え、かつ、発振周
波数の温度変動を低減させた発振器を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
請求項1が講じた手段は、第1の端子が第1の電源に接
続し第2の端子が出力端子に接続する電流源と、ソース
が前記出力端子に接続しゲートが入力端子に接続しドレ
インが温度補償された電流源に接続する第1極性のトラ
ンジスタと、ドレインが前記出力端子に接続しゲートが
前記第1極性のトランジスタのソースに接続しソースが
第2の電源に接続する第2極性のトランジスタとを具備
したソースフォロワ回路を提供する。この構成によっ
て、温度特性を適切に制御した安定な電源を供給でき
る。
【0010】請求項2が講じた手段は、請求項1記載の
ソースフォロワ回路によって電源電圧を供給した発振器
を提供する。
【0011】請求項3が講じた手段は、参照電流が温度
補償された電流出力型DA変換器によってバイアス電流
が供給される請求項2記載の発振器を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】図4は本発明の請求項2に係る発
振器の構成図である。
【0013】同図では、温度補償ソースフォロワ回路4
0の入力端子4に基準電圧源21の出力端子22から出
力される温度に依存しない電圧を入力することで温度変
動を低減させた安定した電源を構成する。ソースフォロ
ワ回路40については後に図1を用いて詳述する。本電
源を発振器41の電源端子42に供給することで、温度
変動を低減させた発振器を構成することが可能である。
発振器41の電圧として基準電圧源21から生成した電
源ノイズの影響を受けない電圧を用いることによりジッ
タの少ない良好な波形を得ることが可能である。さら
に、電源を供給するソースフォロワ回路40として温度
補償をしたものを用いることで、発振周波数の温度ドリ
フトを軽減している。このため、発振器の設計時に、周
波数の温度ドリフトによる余分なマージンを見込む必要
がなくなり、発振器の制御電圧レンジを十分に利用する
ことが可能となる。
【0014】また、発振器41自体が固有の温度変動を
持つ場合は、これを打ち消すようにソースフォロワ回路
40の出力電圧に温度勾配を持たせることも可能であ
る。発振器の構成にもよるが、発振器の発振周波数は電
源電圧に対し正または負の勾配を持つ。意図的にソース
フォロワ回路40の出力電圧の温度勾配を調整すること
で、発振器固有の温度変動をキャンセルすることが可能
である。
【0015】また図4の発振器の発振周波数制御端子4
3に、更に温度補償をした発振周波数制御系を付加して
いる。付加した回路では、図2及び図3に示す温度補償
電流源6の出力端子7から出力される電流を電流制御型
DA変換器52の参照電流とするため、入力端子53に
入力する。DA変換器52の出力電流を発振器41の発
振周波数制御信号入力端子43に入力する。この場合、
発振器41は電流制御型の発振器となる。電流制御型D
A変換器52は、参照電流を基準とし、入力デジタル信
号55に応じて電流を出力するため、発振器に入力され
る発振周波数制御信号は温度補償電流源6と同じ温度勾
配を持つこととなる。従って、発振器41の出力端子4
4から出力される発振周波数は、発振周波数制御信号に
より変化するため、温度補償電流源6によっても発振器
41の温度補償を行うことができる。
【0016】以上より、本実施の形態における発振器で
は、電源電圧の温度勾配をソースフォロワ回路40が決
定し、発振周波数制御信号の温度勾配を温度補償電流源
6が決定することとなる。従って、自由度の大きな温度
特性の調整が行えるという利点がある。例えば、発振器
41の温度依存性が電源電圧に対して強い非線形であっ
た場合には、ソースフォロワ回路40による温度補償で
は十分に対応することができない。このような場合で
も、発振周波数制御信号に対する発振周波数の依存性が
線形近似できるならば、温度補償電流源6により発振器
の温度依存性をキャンセルすることが可能であり、温度
変動のない発振器を構築することができる。
【0017】また、本構成においては、発振器の制御信
号を温度補償回路6内の基準電圧源から生成している
為、電源電圧ノイズの重畳しない安定した制御信号を作
ることができる。DA変換器52で重畳するクロックノ
イズについては、DA変換器52と発振器41の間にロ
ーパスフィルタを挿入することで容易に除去することが
できる。
【0018】また、本実施の形態における発振器では、
ソースフォロワ回路の温度補償電流源内、ソースフォロ
ワ回路の入力、制御信号を生成する温度補償電流源内に
基準電圧源を用いている。もちろんこれらの回路を共有
化し、回路規模を低減することが可能である。
【0019】図1は本発明の請求項1に係る図4のソー
スフォロワ回路40の構成図である。本回路は、正の温
度勾配をもつ温度補償電流源6を用いてトランジスタM
1に定電流を流すことでそのゲートソース間電圧Vgsが
一定となることを利用した回路である。ソースフォロワ
回路40は、第1の端子が第1の電源(VDD)2に接
続し第2の端子が出力端子3に接続する電流源1と、ソ
ースが出力端子3に接続しゲートが入力端子4に接続し
ドレインが温度補償された電流源6に接続する第1極性
のトランジスタ(M1)と、ドレインが出力端子3に接
続しゲートがトランジスタM1のソースに接続しソース
が第2の電源(VSS)5に接続する第2極性のトラン
ジスタM2とを備えている。電流源1は出力端子3に接
続される負荷に電流を供給する。トランジスタM2は電
流源1から供給される電流の内、負荷で消費されない電
流を引き抜く為に用いられる。入力端子4の電圧をVin
とすると、出力端子3の電圧Voutは(数1)のように
表現できる。
【0020】
【数1】
【0021】温度やトランジスタM1に流れる電流が一
定であれば、しきい値電圧Vth、ドレインソース間飽和
電圧Vdsatが一定となる為、Vgsが一定となる。従っ
て、Vinに定電圧を与えることで、一定の出力電圧Vou
tを得ることができる。トランジスタM1とM2はフィ
ードバックループを構成しており、(数1)で電圧Vou
tが決定されるように電流源1の余分な電流をトランジ
スタM2によって引き抜く。
【0022】一般的にVthは温度が上昇するに従って減
少する傾向にある。このため、温度補償をしないソース
フォロワ回路では、Voutの電圧が温度によって変動す
る。
【0023】図5は図1に示す回路の温度特性図であ
る。図1の回路では、Vthの温度変動をキャンセルする
為に、電流値が温度に対して正の勾配を持つ温度補償電
流源6を用いて、トランジスタM1のドレイン電流を調
整する。図5に示すように温度が上昇すれば、Vthは小
さくなるが、逆にトランジスタM1に流れる電流は増加
する為Vdsatは増加する。両者の温度勾配がちょうど打
ち消し合うようにトランジスタM1にドレイン電流値の
温度勾配を設定することで、温度変動を低減した安定し
た電源を供給することが可能となる。
【0024】また、上述の説明では温度変動のないソー
スフォロワ回路40の説明を行ったが、温度補償電流源
6の温度勾配を変更することによって、所望の温度勾配
を持つソースフォロワ回路を実現することも可能であ
る。このようにソースフォロワ回路に意図的に温度勾配
を持たせることで、ソースフォロワ回路の後段の回路が
もつ温度特性をキャンセルさせ、全体として温度変動の
ない回路を実現させることも可能である。
【0025】図2は図1の温度補償電流源6の構成図で
ある。本回路では、基準電圧源21の出力端子22から
生成される温度変動のない電圧を、電圧電流変換器24
の入力端子25に入力することで、出力端子26から温
度変動のない電流I1を生成する。この電流I1と基準電
圧源21の出力端子23から生成される温度比例電流I
2との和を電流加算器27でとることにより、出力端子
7から正の温度勾配を持つ温度補償電流を生成すること
ができる。I1とI2の電流値の大きさを適切に設定する
ことによって、電流の温度勾配を適切に選択することが
可能である。更に、I1とI2の電流値の大きさを微調整
する回路を設ければ、プロセスばらつきによる温度変動
をもキャンセルすることができる。
【0026】同様に図3は負の温度勾配をもつ温度補償
電流源の構成図である。本回路では、基準電圧源21の
出力端子22から生成される温度変動のない電圧を電圧
電流変換器24の入力端子25に入力することで温度変
動のない電流I1を生成する。この電流I1と基準電圧源
21の出力端子23から生成される温度比例電流I2と
の差を電流引算器28でとることにより、出力端子7か
ら負の温度勾配を持つ温度補償電流を生成することがで
きる。I1とI2の電流値の大きさを適切に設定すること
によって、出力電流の温度勾配を適切に選択することが
可能である。更に、I1とI2の電流値の大きさを微調整
する回路を設ければ、プロセスばらつきによる温度変動
をもキャンセルすることができる。
【0027】図2,図3の回路を適宜用いることで、任
意の温度勾配を持つ補償電流が生成できるので、任意の
温度勾配を持つソースフォロワ回路を構成することがで
きる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
係るソースフォロワ回路によると、温度変動のない安定
した電源、あるいは、所望の温度勾配を持つ安定した電
源を供給することが可能である。
【0029】また、請求項2の発明に係る発振器におい
ては、発振器の電源を請求項1記載のソースフォロワ回
路とすることで、発振周波数の温度変動を低減させるこ
とが可能である。さらに、発振器の電源電圧を基準電圧
源から生成することにより電源ノイズの影響を抑え、ジ
ッタ特性の良好な発振器を構築することも可能である。
【0030】また、請求項3の発明に係る発振器におい
ては、発振器の電源、および、発振周波数御信号に対し
温度補償回路を設けることにより、より自由度の大きな
発振器の温度補償を行うことが可能であり、電源電圧の
温度補償がうまく行えない発振器においても発振周波数
の温度勾配を低減させることが可能である。
【0031】さらに、請求項2及び3の発明に係る発振
器においては、発振器の設計時に周波数の温度ドリフト
による余分なマージンを見込む必要がなくなり、発振器
の制御電圧レンジを十分に利用することが可能となる。
これにより、発振周波数制御の解像度を増大させ、発振
器の制御信号に重畳するノイズの影響を引き下げること
ができる。これらの発明をリードチャネル回路内の発振
器に用いた場合には、ビット誤り率の低下することがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係わるソースフォロワ
回路の構成図
【図2】同実施の形態に係わる正勾配温度補償電流源の
構成図
【図3】同実施の形態に係わる負勾配温度補償電流源の
構成図
【図4】同実施の形態に係わる発振器の構成図
【図5】同実施の形態に係わるソースフォロワ回路の温
度特性図
【符号の説明】
1 電流源 2 第1の電源 3 出力端子 4 入力端子 5 第2の電源 6,6a,6b 温度補償電流源 7 出力端子 21 基準電圧源 22 出力端子 23 基準電圧源からの温度比例電流出力端子 24 電圧電流変換器 25 電圧入力端子 26 電流出力端子 27 電流加算器 28 電流引算器 40 温度補償ソースフォロワ回路 41 発振器 42 電源端子 43 発振周波数制御信号入力端子 44 出力端子 50 温度補償電流源 51 出力端子 52 電流出力型DA変換器 53 参照電流入力端子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の端子が第1の電源に接続し第2の
    端子が出力端子に接続する電流源と、 ソースが前記出力端子に接続しゲートが入力端子に接続
    しドレインが温度補償された電流源に接続する第1極性
    のトランジスタと、 ドレインが前記出力端子に接続しゲートが前記第1極性
    のトランジスタのソースに接続しソースが第2の電源に
    接続する第2極性のトランジスタとを具備したソースフ
    ォロワ回路。
  2. 【請求項2】 入力端子より基準電圧が入力された請求
    項1記載のソースフォロワ回路によって電源電圧を供給
    された発振器。
  3. 【請求項3】 参照電流が温度補償された電流出力型D
    A変換器によってバイアス電流が供給される請求項2記
    載の発振器。
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