JPS6112411B2 - - Google Patents

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JPS6112411B2
JPS6112411B2 JP52065980A JP6598077A JPS6112411B2 JP S6112411 B2 JPS6112411 B2 JP S6112411B2 JP 52065980 A JP52065980 A JP 52065980A JP 6598077 A JP6598077 A JP 6598077A JP S6112411 B2 JPS6112411 B2 JP S6112411B2
Authority
JP
Japan
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level
inverter
voltage
mos transistor
point
Prior art date
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Expired
Application number
JP52065980A
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English (en)
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JPS54848A (en
Inventor
Hiroshi Kobayashi
Kazuharu Nishitani
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP6598077A priority Critical patent/JPS54848A/ja
Publication of JPS54848A publication Critical patent/JPS54848A/ja
Publication of JPS6112411B2 publication Critical patent/JPS6112411B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/03Astable circuits

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は相補型絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ(以下CMOSと略す)を用いた発振回路に関
するものである。
従来CMOSを用いた発振器は第1図に示すよう
な構成である。第1図において、1,2はインバ
ータ、3は抵抗素子、4は容量素子である。第1
図に示した発振器の各部の点A,B,Cの波形を
示すと第2図の如くになる。その動作について簡
単に説明すると、点Aの電圧がVDDのとき、すな
わちt1の時点を考える。今、点Aの電圧をVA
すると、VA=VDD e-〓〓に従つて減少してい
く。これを曲線a1で示す。ここで、R、Cはそれ
ぞれ抵抗素子3の抵抗値、容量素子4の容量であ
り、tは時点t1を基準にした時間である。そし
て、VAがインバータ1の遷移電圧VTRよりも低
くなつたとき(時点t2)、点Bの電圧VBはそれま
でのVSSレベル(0V)からVDDレベルになる。
従つて、点Cの電圧VCはそれぞれVDDレベルか
らVSSレベルに移り、その電圧の変化が容量素子
4をとおして点Aに伝えられ、VAはVSSレベル
となる。そうすると、容量素子4はRとCにより
定まる時定数で充電されていき、すなわち、VA
は曲線a2で示される曲線に従つて上昇していく。
そのときの充電特性はVA=VDD(i−e-〓〓)
で表わされる。こゝで、tは時点t2を基準にした
時間である。そして時点t3でVAがインバータ1
の遷移電圧VTRの電圧になるとインバータ1の出
力の点Bの電圧が反転し、時点t1と同じ状態にも
どる。以下時点t3,t5,………の順にこれをくり
返す。従つて、第1図に示した発振器の周期T0
は T0=−RC〔lo(VDD−VTR)/VDD+loTR
/VDD〕 で表わされ、発振周波数f0で与えられる。VTR/VDDが一定であれば、電源
電圧VDDに対して安定な周波数が得られる。
しかし、第1図の発振器を集積回路に内蔵した
場合には、A,B,Cの各点は端子として外に出
す必要があり、そのため発振器のみに必要な端子
数は3端子になる。しかるに、集積回路の小型化
および原価低減に関していえば、できる限り端子
数を減らす方が望ましい。
この場合、1ピンで発振器を構成するには第3
図に示すようなものが考えられる。その動作を簡
単に説明すると、第3図において、11,12は
インバータ、13はNチヤネルのMOSトランジ
スタである。まず、点Dの電圧VDがVSSレベル
(0V)のときは、点Eおよび点Fの電圧はそれぞ
れVDDおよびVSSレベルとなり、MOSトランジ
スタ13はオフしている。従つて、抵抗素子3を
通して容量素子4は充電され、点Dの電圧は、第
4図のDのd1に示す曲線に従つて上昇する。そし
て、インバータ11の遷移電圧に達するとインバ
ータ11の出力が反転し、点Eの電圧はVSSレベ
ルになる。従つて、点Fの電圧はVDDレベルにな
りMOSトランジスタ13はオンし、容量素子4
の電荷が放電され、第4図の曲線d2のように電圧
が下降する。電圧が下降すると、再びインバータ
11の出力が反転し、従つて、インバータ12の
出力も反転し、MOSトランジスタ13がオフに
なり、第4図のDの曲線d3の如く充電が行われ
る。上記のことがくり返され発振器が行われる。
しかし、この方法であると、放電している間、す
なわち、MOSトランジスタ13がオンしている
時間はインバータ11および12の遅延時間のみ
であり、点Dの電圧が十分にVSSレベルになるま
で放電しきれないで、再び充電されることにな
る。しかるに、電源電圧によりインバータ11お
よび12の遅延時間は変化し、かつMOSトラン
ジスタ13のゲートすなわち点Fの電圧および電
源電圧も変化するので、電源電圧に対する周波数
の安定性が非常に悪くなる。また、抵抗素子3お
よび容量素子4により定められた発振周波数を得
ることができない。
この発明は、このような点にかんがみなされた
もので、集積回路に内蔵した場合、1つの端子し
か必要とせず、かつ電源電圧の変動に対して安定
な発振周波数を得ることができる発振器を提供す
るものである。以下、この発明について説明す
る。
第5図はこの発明の一実施例を示すもので、3
は抵抗素子、4は容量素子、11,12,14,
15はインバータ、13はNチヤネルのMOSト
ランジスタである。ただし、インバータ14は
“H”レベルから“L”レベルの入力の変化に対
しては早く出力にその変化も伝えるが、“L”レ
ベルから“H”レベルの入力の変化に対しては遅
く出力にその変化を伝えるインバータである。ま
た、インバータ15は逆に“L”レベルから
“H”レベルの入力に対しては早く出力にその変
化を伝えるが、“H”レベルから“L”レベルの
入力の変化に対しては遅く出力にその変化を伝え
るインバータである。ここでは、インバータ14
と15とで“H”レベルから“L”レベルの入力
変化は早く伝えるが“L”レベルから“H”レベ
ルの入力変化は遅く伝える一種の遅延回路を構成
している。また、第6図は第5図の各部の波形を
示している。
次に、第5図の発振器の動作について説明す
る。まず、点Dの電圧が0V(VSSレベル)のと
きを考えると、点G,IはVDDレベルであり、点
H,FはVSSレベルである。従つて、Nチヤネル
のMOSトランジスタ13のゲートは0Vが印加さ
れておりMOSトランジスタ13はオフ状態であ
り、それゆえ容量素子4は抵抗素子3を通して充
電され、点Dの電圧VDは上昇していく。その特
性は第6図のDで示す曲線d1′の部分で表わされ
る。すなわち、VDが0Vのときを時間の基準、す
なわちt=0とするとVDで表わされる。第(1)式に従つてVDが上昇し、VD
がインバータ11の遷移電圧VTR以上になつたと
き、インバータ11の出力の点Gの電圧は反転
し、VSSレベルになる。この変化はインバータ1
4および15を通してすばやくインバータ12の
入力の点Iに伝えられ、インバータ11の出力の
点Gの電圧はVSSレベルになる。インバータ12
の出力はMOSトランジスタ13のゲートに加え
られているため、MOSトランジスタ13はオン
状態となり、容量素子4の電荷はMOSトランジ
スタ13を通して第6図にDの曲線d′2の如く放
電される。このときVDはすぐに下がるのでイン
バータ11の出力の点Gの電圧は反転、すなわち
SSレベルからVDDレベルになる。しかし、イン
バータ14と15はVSSレベルからVDDレベルの
変化を伝えるのを遅くするため、入力の点Iの電
圧がVSSレベルからVDDレベルになるのはインバ
ータ14と15の遅延時間だけ遅くなる。従つ
て、その遅延時間の間MOSトランジスタ13は
オンのままであり、その間に容量素子4の電荷を
十分に放電することができる。すなわち、VD
SSレベルになる。インバータ14と15の遅延
時間後、入力の点Iの電圧はVDDレベルになり、
従つて点Fの電圧はVSSレベルになり、MOSト
ランジスタ13がオフ状態になり再び抵抗素子3
を通して充電が始まり、最初の状態にもどる。以
上のことがくり返され発振が持続していくのであ
り、第6図の曲線d2′の期間が曲線d1′の期間に比
べて短かくしておけば、すなわち容量素子4の電
荷をMOSトランジスタ13が放電する時間およ
びインバータ14と15の遅延時間を必要とする
発振周期に比べて十分短くしておけば、発振周期
をT0とすると、次の式が成り立つ。
第2式よりT0を求めると、 T0=−RClo(1−VTR/VDD) ………(3) となり発振周波数f0となる。CMOSのインバータの遷移電圧VTRは一
般に電源電圧とNチヤネルのMOSトランジスタ
とPチヤネルのMOSトランジスタのしきい電圧
(VTNとVTP)およびコンダクタンス(βNとβ
P)とにより決定され、 で表わされる。トランジスタの大きさ、プロセス
パラメータによりβN、βPは決定されるので、 つまり、β(N、P)=μ×εox×εo×wW/T
ox×L μ=移動度(電子、ホール等の) εox=酸化膜の誘電率 εo=真空の誘電率 W=トランジスタのゲート幅 Tox=ゲート酸化膜の厚さ L=トランジスタのゲート長 ここではβN=βPになるように設計すると、 VTR=1/2VDD(1−|VTP|/VDD+VTN
/VDD) ………(6) となる。しかるにVDDに比べてVTN−|VTP|は
十分小さいので、(6)式はVTR=1/2VDDとなり、こ れを第(3)式に代入すると、 f0=1.44/RC ………(7) となる。すなわちVDDの変化に対して発振周波数
が安定発振器が与えられたことになる。
次に、第5図におけるインバータ14および1
5の構成方法について簡単に説明する。これらの
インバータの構成方法は、CMOSインバータを構
成しているトランジスタの相互コンダクタンスg
nの値をPチヤネルのMOSトランジスタとチヤネ
ルのMOSトランジスタとで差をつけておけばよ
い。すなわち、PチヤネルのMOSトランジスタ
のgnを大きくし、NチヤネルのMOSトランジス
タのgnを小さくすると、そのインバータの出力
はVSSレベルからVDDレベルになるのは早いが、
DDレベルからVSSレベルになるのは遅くなる。
逆に、PチヤネルのMOSトランジスタのgnを小
さくし、NチヤネルのMOSトランジスタのgn
大きくすると、そのインバータの出力はVDDレベ
ルからVSSレベルになるのは早いが、VSSレベル
からVDDレベルになるのが遅くなる。これにより
目的とするCMOSインバータを得ることができ
る。
次に、第7図に示すこの発明の第二の実施例に
ついて説明する。第7図において、31はpチヤ
ネルのMOSトランジスタである。すなわち第5
図に示す発振回路の抵抗素子3としてPチヤネル
のMOSトランジスタを用いる。一般にMOSトラ
ンジスタはゲート電圧によりgnが変化するの
で、第(3)あるいは第(4)式における抵抗素子3の値
Rをトランジスタ31のゲート電圧でかえること
ができ、従つてMOSトランジスタ31のゲート
電圧をかえることにより、発振周波数f0を変化さ
せることができる。すなわち、第7図に示した発
振回路は電圧制御発振器(VCO)となる。また
このMOSトランジスタはCMOS ICに容易に内蔵
することができる。
以上、第一実施例、第二実施例とともに発振回
路の放電用トランジスタをNチヤネルのMOSト
ランジスタで構成したが、第三の実施例として、
第8図の如くPチヤネルのMOSトランジスタ3
2で構成することも可能である。この場合、第7
図の実施例におけるインバータ14と15の順序
を入れかえる必要がある。すなわち、インバータ
14と15によりVSSレベルからVDDレベルに変
化する信号は早く出力の点Iに伝えるが、VDD
ベルからVSSレベルに変化する信号は遅く伝える
必要がある。
また、第三の実施例における抵抗素子3にNチ
ヤネルのMOSトランジスタ33を用いることに
より、第9図に示す第四実施例を構成することが
できる。
以上詳細に説明したように、この発明は、互い
のコンダクタンスが実質的に等しい相異なるチヤ
ネル形のMOSトランジスタからなり、“H”レベ
ルから“L”レベルへの変化、あるいは、“L”
レベルから“H”レベルへの変化のどちらか一方
の伝達を早く伝え、他方の伝達を伝える四段以上
偶数段のインバータ列を用い、この出力でコンデ
ンサの充放電を行わせるMOSトランジスタを制
御するようにしたので、集積回路において、外付
端子を1端子必要とするだけで電源電圧の変化に
対し、周波数の安定な発振器を構成することがで
き、また、外付抵抗をMOSトランジスタにかえ
ることにより、容易に電圧制御発振器を構成する
ことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の発振回路を示す図、第2図はそ
の各部の波形図、第3図は他の従来例を示す回路
図、第4図はその各部の波形図、第5図はこの発
明の第一実施例を示す回路図、第6図は第5図の
各部の波形図、第7図、第8図、第9図はこの発
明の第二、第三、第四の各実施例を示す回路図で
ある。 図中、3は抵抗素子、4は容量素子、11,1
2,14,15はインバータ、13,31,3
2,33はMOSトランジスタである。なお、図
中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 互いのコンダクタンスが実質的に等しい相異
    なるチヤネル形の絶縁ゲート電界効果トランジス
    タからなり、“H”レベルから“L”レベルへの
    変化あるいは“L”レベルから“H”レベルへの
    変化のどちらか一方の変化を早く伝え、他方の変
    化を遅く伝える少なくとも四段のインバータ列、
    上記インバータ列の入力点に抵抗素子とともに接
    続された容量素子、及び上記容量素子の充電また
    は放電を制御するように接続された制御用絶縁ゲ
    ート電界効果トランジスタを備え、上記インバー
    タ列の出力点を上記制御用絶縁ゲート電界効果ト
    ランジスタのゲートに接続したことを特徴とする
    発振回路。 2 抵抗素子は絶縁ゲート電界効果トランジスタ
    で構成されており、この絶縁ゲート電界効果トラ
    ンジスタの入力電圧を可変にすることにより周波
    数を変化させるようにしたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の発振回路。
JP6598077A 1977-06-03 1977-06-03 Oscillator circuit Granted JPS54848A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6598077A JPS54848A (en) 1977-06-03 1977-06-03 Oscillator circuit

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6598077A JPS54848A (en) 1977-06-03 1977-06-03 Oscillator circuit

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Publication Number Publication Date
JPS54848A JPS54848A (en) 1979-01-06
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JP6598077A Granted JPS54848A (en) 1977-06-03 1977-06-03 Oscillator circuit

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DE602006018153D1 (de) * 2005-08-24 2010-12-23 Nxp Bv Integrierter rc-oszillator mit hoher frequenzstabilität insbesondere für ein integriertes schaltnetzteil

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JPS54848A (en) 1979-01-06

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