JPS5951610A - 電子回路 - Google Patents

電子回路

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Publication number
JPS5951610A
JPS5951610A JP15155683A JP15155683A JPS5951610A JP S5951610 A JPS5951610 A JP S5951610A JP 15155683 A JP15155683 A JP 15155683A JP 15155683 A JP15155683 A JP 15155683A JP S5951610 A JPS5951610 A JP S5951610A
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JP
Japan
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circuit
resistor
crystal
value
positive feedback
Prior art date
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Pending
Application number
JP15155683A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Adachi
足達 嘉雄
Osamu Yamashiro
山城 治
Yoshiichi Hajikano
初鹿野 凱一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP15155683A priority Critical patent/JPS5951610A/ja
Publication of JPS5951610A publication Critical patent/JPS5951610A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/36Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/364Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising field effect transistors

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子回路に関し、主として電子式腕時計に用い
られる水晶発振回路を対象とする。
従来、電子式腕時計に使用されている水晶発掘回路の−
っとして第5図に示すようなものが公知である。この回
路は、基本的には同図に示すようにnチャンネルMIS
FET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)Q とp
チャンネルMISFESQ、とからなる相補WMISイ
ンバータ回路の入出力間にバイアス抵抗RFを接続して
なる相補型MIS増幅回路と、この増幅回路の入出力間
に正帰還回路を構成する水晶振動子およびコンデンサC
D、C,とからなる。また、増幅回路の出力側に設けら
れた抵抗RDは周波数安定性の向上のために設けられて
いる。すなわち、電源電圧の変動等により増幅回路の出
力インピータンスが変化した場合、発振周波数の変動を
招くが、一定値である抵抗】tDを直列に付加すること
により、この値が出力インピーダンスの変動に対して十
分大きければ、相対的な変鯛幅を小さくすることができ
発振周波数の安定化が図られるからである。
従来、上記抵抗RDの役割は、上記発振周波数の安定化
の点だけしか着目されていなかった。その理由は抵抗R
Dを増幅回路と水晶振動子との間に挿入することは抵抗
損失を増大させ、帰還回路の伝達率の低下を招き、動作
電源電圧範囲を狭くすると考えられていたためである。
事実、従来の発振回路においては上記抵抗器。を大きく
すると動作電源電圧範囲を狭くするため、ぜいぜい25
0にΩ程度の値しか使用できなかった、 本願発明者等においては、上記発振回路の実験。
解析をした結果、上記抵抗RDの他の新たな役割を見い
出すことができた。
本発明はり十の倹削の結果生まれたものであり、その目
的とするところは、M I S F J:、 ’fを用
いた水晶発振回路の特性の改善を図ることにあり、本発
明の他の目的はMISFETを用いた水晶発振回路の実
装上の小型化を図ることにある。
上記目的を達成するための本発明の基本的構成は、少な
くとも増幅素子がM I S 1” E Tで構成され
た増幅回路と、その入出力間に水晶振動子と容爪素子か
らなる正帰還回路を有し、上記増幅回路の出力端子と上
記正帰還回路との間に抵抗器を接続してなる水晶発振回
路において、上記増幅回路および抵抗器を同−半導体基
体内又は基体上に構成し、上記増幅回路の出力端子に接
続されろを生容月がD「定の値以下になるように構成す
るとともに、手記抵抗器が所定の値以下とすく、ように
[7てなることを性徴とするものでに、る。
以下、実施例にそって図面を参照i−7、本発明を具体
的に説明する。
第1図は本発明の一例を示す水晶発振回路の回路図であ
る。同図に示すように、nチャンネルMISFETQ1
1とpチャンネルMfSFETQpからなる相補型MI
Sインバータ回路の入出力端子間にバイアス抵抗RFを
接続してなる相補型MIs増幅回路と、水晶振動子とそ
の両端に設けられたコンデンサC6,CDからなる正帰
還回路と、上記増幅回路の出力端子と上記正帰還回路と
の間に抵抗RDを有してなる水晶発揚回路において、本
発明は上記増幅回路を構成するMI S F E TQ
n、Qp、バイアス抵抗RFおよび抵抗■tDを同一半
導体集積回路装置1内に構成し、増幅回路の出力端子に
結合される寄生容量C8が5pI”〜2.5pF以下と
なるようにし、上記抵抗lLDの値が50OKΩ〜IM
Ωとなるようにする。このため、上記抵抗RDを半導体
集積回路1に構成するにあたり、例えば寄生容量の小さ
な等電性ポリシリコン抵抗、イオン打ち込み抵抗、ウェ
ル拡散抵抗あるいば・hlls抵抗等で構成する。
本発明において、抵抗RDを半導体集積回路1に構成し
て、増幅回路の出力端子に接続される寄生容量を小さく
したのは下記の理由による。
第5図に示したような従来の水晶発振回路のように抵抗
Rp l  RDを外伺けとした場合には、増幅回路の
出力端子に結合される寄生容量は、ポンディングパッド
やパッケージ端子間容量等が加わった値となるため、こ
の比較的大きな容量:によって前記説明したように帰還
回路の伝達率の低下を招き、動作電源電圧範囲を狭くす
るものである。
すなわち、上記発振回路の等価回路は、この増幅回路の
動作において、pチャンネルMISFETQpInチャ
ンネルMISFETQnが飽和領域で動作1゛るもので
あることより、その出力インビ−タy スハ非常に大き
く定電流源とみなすことができるから、第4図に示すよ
うになる。この等価回路より明らかなように、寄生容量
C8は帰還回路(RDI CDI CGF L、R8)
のインピーダンスに対して交流的には並列に挿入される
こととなるため、抵抗RDにおける電圧降下が帰還回路
の伝達率の低下を招くものとなる。したがって、この寄
生容量C6がなければ、あるいは十分に小さければ、増
幅回路が定電流源とみなされること、および共振状態に
おける帰還回路のインピーダンスが非常に大きいことよ
り、上記抵抗RDを相当大きくしても帰還伝達率には何
ら影響を与えなくなるのである。なお、上記等価回路に
おいて、抵抗R8は水晶の直列抵抗であり、コイルLは
水晶振動子の誘導性成分を示す。
本発明は、水晶発振回路の以上の点に着目して、抵抗R
Dを半導体集積回路に構成することにより発振回路の小
型化を図るとともに寄生容量を十分小さくし、抵抗RD
の値を大きくすることにより、動作電源1L圧範囲を確
保しつつ、以下に説明するように、抵抗RDに周波数の
安定性の同士の外に、新たな役割を持たせることができ
る。
(1)異常発振の抑制 発振状態において増幅回路の出力側の発振波形は、特に
コンデンサC6CDの容量値が小さい場合、電源電圧ま
で飽和しているため矩形波に近く、基本周波数に対して
乱調波成分を多く含んだ状態となっている。そのために
水晶振動子が高次の振動モードで励振されるようになり
、基本周波数(時計用発振回路においては通常32.7
68KHz)よりも高い周波数で発振を行なうようにな
る。特に水晶振動子として音叉型を使用した場合、その
構造上の理由から基本振動周波数の約6倍(190KH
z)付近の所で発掘することが多く、これまで時計用I
C(半導体集積回路)の設計上大きな障害となっていた
。ところが、本発明においては、抵抗RDの値を大きく
することにより、コンデンサCDが従来通りの容量値で
あれば、その時定数が大きくなるため、この抵抗RDと
コンデンサCDとにより低域通過フィルタを構成し、水
晶振動子に印加される高調波成分を除去する作用をなし
、異常発揚の抑制が図られる。
(21消費電流の減少 相補型MIS水晶発振回路の消費電流は、インバータへ
の入力の電圧振幅、インバータが駆動しなければなら)
3cい負荷の二つに依存する。抵抗RDを大きくするこ
とにより消費電流を減らすことができるのは、増幅回路
側からみたみかけ上の容量を減らし7て、負荷すなわち
容量を充放電するために流れる電流を減少させるためで
ある。また、電子式腕時計用回路においては、発振回路
の次段につながれる波形整形用のインバータ回路に発振
出力波形を矩形波に近くする(負荷容量が等測的に減少
している)ために、このインバータ回路における貫通電
流を少なくすることにより消費電流の減少が図られろ。
こυ)ことは、相補型MISインバータ回路INVにお
いて、入力振幅が小さい場合には、pチャンネルMIS
FETとnチャンネルMISFETの両方が同時にON
するようになり、この両者のMISFETを通して貫通
電流が流れるようになるからである。
ただし、この抵抗RDにおける効果は、容量CDが小さ
いときには、抵抗RDKよる帰還回路の伝達率の低下の
影響の方が大きくなるおそれがあるため、上記抵抗I−
LDの値は500にΩ〜IMΩ程度が好ましい。
次に、寄生容量C5oの値、および抵抗R9の値を前記
実施例のようにした理由、を足置的に説明する。
本発明において、°寄生容量C8の値、および抵抗1t
D0)値の決足は、以下のような基本的な考え方に基づ
いてなされなければならない。
すなわち、第4図に示した等価回路において、寄生容量
C6かない場合の帰還回路の固有振動周波数と、ある値
を有する寄生容量C8が付加された場合の帰還回路の固
有振動周波数とが大きく異なるものとなるように寄生容
量C6の値を決定する。
この基本的な考え方に基づいて計算された寄生容量C6
の値は次式(1)のようになる。
coへ・−−−(11 2πfoIt。
ここでf。は水晶振動子の基本振動周波数である。
また、寄生発掘の周波数f1 に対して低域通過フィル
タを構成するfこめ、抵抗ItDの値は次式(21を満
足するもの、でなければ/Zしない1.2fff、I(
DCD> ]           (2+さらに、発
振回路の消費電流を最小にするプ、1めに、発振回路を
構成1−る各素子は次式(3)を満足するものでなけれ
ばならない。
(3) (i)C,R・+ッ。DR8〉1 したがって、特許請求範囲第1項に記載した寄生容量の
条件である所定の値、および抵抗RDの値とは、上記(
1)〜(31式に基づいて決定されるものであり、特許
請求範囲第2項に示した具体的な値は、これらのことを
考慮して時計用水晶発振回路に適用した場合の本発明の
目的が確実に達成できる寄生容量の上限値および抵抗R
DΩ最適値を示すものである。
本発明は前記実施例に限定され1′、種々ゐ実施形態を
採ることができる。
例えば、増幅回路は、第2図に示すよう罠、11チャン
ネルMISFETQ  およびpチャンネルn M T S F I’、 T Q、 1.0)ぞitイ
:、: しく7”) 7 =−ス側1iC%抗1t−A
、  111.ろ・jXX充完るものでA’l、−、)
ても71′い、この増幅回路は、抵抗ItA、It□に
より電流帰還がかかるため異常発振がおさえられ又は電
源電圧J)変動がおさえられ7′・という効!1]を有
(7、;イ・発明に」−る効果と相生ってより特性の同
士が図られる発振回路が得られる。
また、第3図に示すように、単一チャンネルのM I 
S F E T (例えばpチャンネル)で<H(H成
されたインバータ回路を利用し7て増幅回路を楢成する
ものであってもよい。この場合1.負荷として作用する
ディグレフジョン型MISFETQ’に替え抵抗を用い
るときには、増幅回路の定’il’i、流特性が悪くな
るので、相補型インバータによ/′)局舎と同等な効果
は(IJ]待できなくなイ、であろう、1.か17、こ
の場合でもは任同様な]里小によって不発明による発4
辰!侍件の向トが図られイ)、、なお、2は正帰還回路
を示すものであ7.、)。
さらに、抵抗RDは、前記説明したような寄生容量の少
ないもので力)れば、現在の半導体集積回路技術により
本発明の1j的は達成できるが、例えば、1〜3にΩ/
口の拡散抵抗ではa遊容貝が大きくなるから、これらは
利用できなし・であろう。
本発明はMISl”ETを用いた水晶発振回路に広く利
用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図はそれぞれ本発明に係る発振回路の一例
を示す回路図であり、第4図はその等価回路を示し、第
5図は従来の発振回路σ)−例な示す回路図である。 Q、QQ、’ ・・・MISI”ET、RF ・・・ノ
(イ アn     p’    p ス抵抗、RD、且jk”’B・・・抵抗、R8・・・等
価抵抗、CD、co・・・コンデンサ、co、Co′・
・・寄生容量、1・・・半導体集積回路、2・・・正帰
還回路、INV・・・相補型〜IISインパーク回路。 第  1  図 一ル 第  4  図 第  5  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも増幅素子がMISFETで構成された増幅回
    路とその入出力間に接続される水晶振動子を含む正帰還
    回路と上記増幅回路の出力端子と上記正帰還回路との間
    に接続される抵抗素子とから成る水晶発振回路と、上記
    増幅回路の出力端子に送出された信号を入力信号とする
    相補型MISインバータ回路とを含む電子回路であって
    、上記増幅回路、抵抗素子及び相補型MIsインバータ
    回路とが同一半導体基板上に構成されてなることを特徴
    とする電子回路。
JP15155683A 1983-08-22 1983-08-22 電子回路 Pending JPS5951610A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02199906A (ja) * 1989-01-27 1990-08-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子チューナ用局部発振回路
EP0998023A1 (en) * 1998-04-27 2000-05-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Oscillator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02199906A (ja) * 1989-01-27 1990-08-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子チューナ用局部発振回路
EP0998023A1 (en) * 1998-04-27 2000-05-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Oscillator
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