JPS6349404B2 - - Google Patents
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- JPS6349404B2 JPS6349404B2 JP54003247A JP324779A JPS6349404B2 JP S6349404 B2 JPS6349404 B2 JP S6349404B2 JP 54003247 A JP54003247 A JP 54003247A JP 324779 A JP324779 A JP 324779A JP S6349404 B2 JPS6349404 B2 JP S6349404B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振回路に関し、特に水晶等の圧電振
動子を用いた回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an oscillation circuit, and particularly to a circuit using a piezoelectric vibrator such as a crystal.
従来、特に32KHzのように比較的周波数の低い
電子腕時計用に用いられる水晶発振回路としては
第1図に示す1段のCMOSインバータータイプ
のものの外に、第2図に示す3段CMOSインバ
ータータイプのものがある。1段CMOSインバ
ーターのものは安定に発振を開始するが、発振回
路の帰還ループの利得が十分でなく、発振波形の
立ち上り・立ち下りが急峻でないため、CMOS
インバーターに電源からアースへ直接流れる貫通
電流が流れ、このため消費電力が大きいという欠
点がある。3段CMOSインバーターを用いたも
のでは帰還ループの利得が高いので、発振波形の
立ち上り・立ち下りが急峻で方形波に近く、貫通
電流は極めて少ない。このため安定発振時の消費
電流は少ない特徴がある。しかしながら、帰還ル
ープの利得が高いため、水晶振動子X2はその端
子間容量でコンデンサとして働き、非安定マルチ
バイブレータを構成してしまう。かかる状態で
は、水晶振動子X2の共振周波数よりも高い、例
えば80KHzというような周波数で発振を開始して
しまい、水晶振動子X2のもつている共振周波数
での発振に移れなくなつてしまう欠点があり、安
定な発振の立ち上りが得られない。 Conventionally, in addition to the one-stage CMOS inverter type shown in Figure 1, the three-stage CMOS inverter type shown in Figure 2 has been used as a crystal oscillator circuit for electronic watches with a relatively low frequency such as 32KHz. There is something. The one-stage CMOS inverter starts oscillating stably, but the gain of the feedback loop of the oscillation circuit is not sufficient, and the rise and fall of the oscillation waveform are not steep.
A shortcoming is that a through current flows through the inverter directly from the power supply to the ground, resulting in high power consumption. In the case of a device using a three-stage CMOS inverter, the gain of the feedback loop is high, so the rise and fall of the oscillation waveform are steep, close to a square wave, and the through current is extremely small. Therefore, the current consumption during stable oscillation is low. However, since the gain of the feedback loop is high, the crystal oscillator X 2 acts as a capacitor with the capacitance between its terminals, forming an unstable multivibrator. In such a state, oscillation will start at a frequency higher than the resonant frequency of crystal resonator X 2 , for example 80KHz, and it will not be possible to shift to oscillation at the resonant frequency that crystal resonator X 2 has. There is a drawback that a stable oscillation start-up cannot be obtained.
本発明の目的は以上の点に鑑み発振開始が安定
で消費電力の少ない水晶発振回路を提供すること
にある。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a crystal oscillation circuit with stable oscillation start and low power consumption.
本発明によれば水晶発振回路において発振開始
時に1つのCMOSインバーターを使用し発振が
安定になつた後3つの反転回路が直列に接続され
た発振回路に切り変わる水晶発振回路が得られ
る。 According to the present invention, it is possible to obtain a crystal oscillation circuit that uses one CMOS inverter at the start of oscillation and, after the oscillation becomes stable, switches to an oscillation circuit in which three inversion circuits are connected in series.
次に本発明の一実施例を第3図a,bを参照し
て説明する。 Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3a and 3b.
第3図aに示すようにインバータI1はnチヤン
ネルMOSトランジスタQ9,Q10およびpチヤン
ネルMOSトランジスタQ11,Q12を電源−VDと接
地間に直列に接続して構成される。このインバー
タI1の出力O1はトランジスタQ10とQ11の中間結合
点から取り出される。この出力Q1は発振回路の
出力点O2に導出される。出力点O2は抵抗R6、水
晶振動子X3を介してMOSトランジスタQ10,Q11
のゲートに帰環接続される。またインバータI2,
I3,I4はカスケード接続され初段のインバータI2
の入力はインバータI1と同様に出力点O2からの信
号を抵抗R6、水晶振動子X3を介して帰還入力さ
れている。インバータI4の出力O3は出力点O2に
接続されている。ここでインバータI1ではコント
ロール信号φがゲートに印加されたnチヤンネル
MOSトランジスタQ9と、φと逆相のコントロー
ル信号がゲートに印加されたpチヤンネル
MOSトランジスタQ12が直列に設けられており、
これらのトランジスタはコントロール信号φ,
に応じたスイツチとして働き、共に導通したと
き、インバータI1は活性となる。同様にインバー
タI4においてもコントロール信号がゲートに印
加されたnチヤンネルMOSトランジスタQ17とコ
ントロール信号φがゲートに印加されたpチヤン
ネルMOSトランジスタQ20が直列に電源間に設け
られ、これらのトランジスタはスイツチとして働
いてインバータI4の動作を制御する。インバータ
I1とI4の動作期間は相補的に行なわれる。コント
ロール信号,φは第3図bに示すようにφCを
それぞれ1段のインバータおよび2段のインバー
タを介して得られている。 As shown in FIG. 3a, the inverter I1 is constructed by connecting n-channel MOS transistors Q9 , Q10 and p-channel MOS transistors Q11 , Q12 in series between the power supply -VD and ground. The output O 1 of this inverter I 1 is taken out from the intermediate connection point between transistors Q 10 and Q 11 . This output Q 1 is led to the output point O 2 of the oscillation circuit. Output point O 2 is connected to MOS transistors Q 10 and Q 11 via resistor R 6 and crystal oscillator X 3 .
A return connection is made to the gate of Also, inverter I 2 ,
I 3 and I 4 are connected in cascade and the first stage inverter I 2
Similar to the inverter I1 , the input of the inverter is a feedback input of the signal from the output point O2 via the resistor R6 and the crystal oscillator X3 . The output O 3 of the inverter I 4 is connected to the output point O 2 . Here, in the inverter I1 , the control signal φ is applied to the gate of the n-channel
MOS transistor Q9 and a p-channel with a control signal in opposite phase to φ applied to the gate.
MOS transistor Q12 is provided in series,
These transistors receive control signals φ,
The inverter I1 acts as a switch depending on the current, and when both are conductive, the inverter I1 becomes active. Similarly, in the inverter I4 , an n-channel MOS transistor Q17 with a control signal applied to its gate and a p-channel MOS transistor Q20 with a control signal φ applied to its gate are connected in series between the power supplies. It works as a switch and controls the operation of inverter I4 . inverter
The operating periods of I 1 and I 4 are complementary. The control signal φ is obtained from φ C through one stage of inverters and two stages of inverters, respectively, as shown in FIG. 3b.
まず初期状態としてφ側Highレベル側が
Lowレベルとなつている。この状態ではQ9,Q12
がonしQ17,Q20がoffのため発振はQ10,Q11の1
段インバータータイプで始まる。その後しばらく
して内部の回路が安定に動作してからコントロー
ルパルス入力よりLowレベル信号を送り込めば
φ,のレベルが逆転しQ9,Q12がoffしQ17,
Q12がonする為3段インバータータイプで発振が
持続することになる。この回路では1段インバー
ターは発振開始が安定するような十分なgmを持
つたトランジスタを使用ればよく消費電力は発振
開始時は大きいがその後3段インバーターに切り
換わる為問題なく、3段インバーターは消費電力
が少ない為この水晶発振回路は発振開始も安定で
低消費電力という1段インバータと3段インバー
タの長所を合わせ持つている。ここでコントロー
ルパルスφCを得る方法としては電源立上りを検
出しこれのレベルをフリツプフロツプなどで記憶
させ内部回路が動作してからカウンターの出力や
ROMの出力などを使用しこのフリツプフロツプ
を反転する信号を取り出すことにより得られる。
あるいは電源の立上りで動作開始する時定数回路
や遅延回路の出力を用いても良い。 First, in the initial state, the φ side High level side is
It is at low level. In this state, Q 9 , Q 12
is on and Q 17 and Q 20 are off, so the oscillation is caused by 1 of Q 10 and Q 11
Starting with the stage inverter type. After a while, after the internal circuit has stably operated, if a low level signal is sent from the control pulse input, the level of φ is reversed, Q 9 , Q 12 are turned off, and Q 17 ,
Since Q12 is turned on, oscillation will continue with the 3-stage inverter type. In this circuit, the 1-stage inverter only needs to use a transistor with sufficient gm to stabilize the start of oscillation.The power consumption is high at the start of oscillation, but after that it switches to the 3-stage inverter, so there is no problem. Because of its low power consumption, this crystal oscillator circuit has the advantages of a single-stage inverter and a three-stage inverter, with stable oscillation start and low power consumption. Here, the method of obtaining the control pulse φ C is to detect the rise of the power supply, store this level in a flip-flop, etc., and then output the counter after the internal circuit operates.
This can be obtained by extracting a signal that inverts this flip-flop using the output of the ROM.
Alternatively, the output of a time constant circuit or delay circuit that starts operating when the power supply is turned on may be used.
以上述べたように本回路によればコントロール
パルスを使用して1段インバータータイプと3段
インバータータイプを切り換える事により両者の
相反する長所、欠点のうち長所のみを取り出すこ
とが出き結果として発振開始の安定な低消費電力
の水晶発振回路を実現できる。 As described above, according to this circuit, by switching between the 1-stage inverter type and the 3-stage inverter type using control pulses, it is possible to extract only the strengths out of the contradictory strengths and weaknesses of the two, and as a result, oscillation starts. A stable, low power consumption crystal oscillator circuit can be realized.
次に本発明の他の実施例を第4図を参照して説
明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
上述の実施例では1段と3段のインバータをそ
れぞれ別個に回路中に用意したが本実施例ではこ
れを兼用とし、インバーター1段分を節約したも
のである。 In the above-mentioned embodiment, one-stage and three-stage inverters were prepared separately in the circuit, but in this embodiment, they are used in common, saving one stage of inverter.
初段のインバータI11の出力N1はコントロール
信号φおよびがそれぞれ入力されたnチヤンネ
ルトランジスタQ34およびpチヤンネルトランジ
スタQ35を介して節点N2を介して出力OUTへ導
出される。また出力N1はコントロール信号お
よびφがそれぞれゲートに入力されたnチヤンネ
ルトランジスタQ30およびPチヤンネルトランジ
スタQ31を介して2段目のインバータI12の入力と
される。インバータI12の出力は直接インバータ
I13の入力に供給され、インバータI13の出力はコ
ントロール信号およびφがそれぞれゲートに入
力されたnチヤンネルトランジスタQ32およびp
チヤンネルトランジスタQ33を介して節点N2を経
て出力OUTに導出され得る。 The output N 1 of the first stage inverter I 11 is led out to the output OUT via the node N 2 via the n-channel transistor Q 34 and the p-channel transistor Q 35 to which the control signals φ and are input, respectively. Further, the output N 1 is inputted to the second stage inverter I 12 via an n-channel transistor Q 30 and a p-channel transistor Q 31 to which the control signal and φ are input, respectively, to their gates. The output of inverter I 12 is directly inverter
I13 is supplied to the input of the inverter I13, and the output of the inverter I13 is connected to the n-channel transistors Q32 and p with the control signal and φ inputted to the gates, respectively.
It can be led to the output OUT via the channel transistor Q 33 and the node N 2 .
ここでコントロール信号φとは第2図の実施
例におけるものと同等であり、まず発振開始期間
ではφが高レベル、が低レベルであつてトラン
ジスタQ34とQ35が導通し、トランジスタQ30〜
Q33は非導通であるために回路は1段のインバー
タI11を用いて動作する。次いで安定状態になる
とφが低レベル、が高レベルとなり、トランジ
スタQ30〜Q33が導通し、トランジスタQ34,Q35
が非導通となり、インバータI11〜I13をカスケー
ド接続した構成となる。 Here, the control signal φ is the same as that in the embodiment shown in FIG. 2, and first, during the oscillation start period, φ is at a high level and is at a low level, so that transistors Q 34 and Q 35 are conductive, and transistors Q 30 to Q 30 are turned on.
Since Q 33 is non-conducting, the circuit operates using one stage of inverter I 11 . Next, when a stable state is reached, φ becomes a low level and becomes a high level, transistors Q 30 to Q 33 become conductive, and transistors Q 34 and Q 35 become conductive.
becomes non-conductive, resulting in a configuration in which inverters I 11 to I 13 are connected in cascade.
なお1段のインバータから3段のインバータへ
切り変わるときは全てのトランジスタQ30〜Q35
が導通する期間を設けることも良い。なお、Q3
0,Q31,Q32,Q33がOffした状態では
I12のゲート電圧が定まらない為I12,I13に貫通電
流が流れるが発振開始時のI11のみが動作する時
間内の為通常問題とはならない。しかし電圧ドロ
ツプが生じる可能性が有る場合にはI12のゲート
電圧を電源又は接地電位に固定するか、I12及び
I13を電源から切り離すゲートを追加する事も解
決できる。 Note that when switching from a 1-stage inverter to a 3-stage inverter, all transistors Q 30 to Q 35
It is also good to provide a period during which the conduction occurs. In addition, Q3
When 0, Q31, Q32, and Q33 are off,
Since the gate voltage of I 12 is not determined, a through current flows through I 12 and I 13 , but this usually does not cause a problem since only I 11 operates during the time when oscillation starts. However, if there is a possibility that a voltage drop may occur, the gate voltage of I12 should be fixed to the power supply or ground potential, or the gate voltage of I12 and
Adding a gate to disconnect I 13 from the power supply can also be a solution.
かくして本実施例の回路も上述の実施例と同様
に動作することが理解できる。 It can thus be understood that the circuit of this embodiment also operates in the same manner as the embodiments described above.
なお本発明は上述の実施例に限るものではな
く、例えば水晶以外の圧電振動子にも適用できる
ものである。また1段と3段のインバータの使用
切り換えはどのように行なつても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to piezoelectric vibrators other than crystal, for example. Further, the use of the first-stage and third-stage inverters may be switched in any manner.
第1図は従来の水晶発振回路を示す回路図、第
2図は従来の他の水晶発振回路を示す回路図、第
3図aは本発明の一実施例による水晶発振回路を
示す回路図、第3図bはコントロール信号を得る
システムを示すブロツク図、第4図は本発明の他
の実施例を示す回路図である。
Q1,Q3,Q5,Q7,Q9,Q10,Q13,Q15,Q17,
Q18,Q30,Q32,Q34……n型トランジスタ、Q2,
Q4,Q6,Q8,Q11,Q12,Q14,Q16,Q19,Q20,
Q31,Q33,Q35……p型トランジスタ、R1,R3,
R5,R13……帰還用抵抗、R2,R4,R6,R16……
出力抵抗、C1〜6……容量、X1〜4……水晶発振器。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional crystal oscillation circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing another conventional crystal oscillation circuit, and FIG. 3a is a circuit diagram showing a crystal oscillation circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 3b is a block diagram showing a system for obtaining control signals, and FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the invention. Q 1 , Q 3 , Q 5 , Q 7 , Q 9 , Q 10 , Q 13 , Q 15 , Q 17 ,
Q 18 , Q 30 , Q 32 , Q 34 ... n-type transistor, Q 2 ,
Q 4 , Q 6 , Q 8 , Q 11 , Q 12 , Q 14 , Q 16 , Q 19 , Q 20 ,
Q 31 , Q 33 , Q 35 ... p-type transistor, R 1 , R 3 ,
R 5 , R 13 ... Feedback resistor, R 2 , R 4 , R 6 , R 16 ...
Output resistance, C 1 to 6 ...Capacitance, X 1 to 4 ...Crystal oscillator.
Claims (1)
バータと、回路切換手段とを有し、前記回路切換
手段は、発振開始時には前記圧電振動子と1段の
CMOSインバータとを主構成要素として第1の
閉ループを形成し、発振が開始した後の継続発振
時には前記圧電振動子と入出力間が直列接続され
た3段のCMOSインバータとを主構成要素とし
て第2の閉ループを形成するように回路を切り換
えることを特徴とする発振回路。1 comprises a piezoelectric vibrator, at least three CMOS inverters, and a circuit switching means, and the circuit switching means is configured to switch between the piezoelectric vibrator and one stage at the start of oscillation.
A first closed loop is formed with a CMOS inverter as the main component, and during continuous oscillation after oscillation has started, a first closed loop is formed with a three-stage CMOS inverter with the piezoelectric vibrator and input/output connected in series as the main component. An oscillation circuit characterized in that the circuit is switched to form two closed loops.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP324779A JPS55105407A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Oscillation circuit |
US06/110,715 US4321562A (en) | 1979-01-11 | 1980-01-09 | Crystal oscillator circuit capable of changing the number of inverter stages coupled in series |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP324779A JPS55105407A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Oscillation circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS55105407A JPS55105407A (en) | 1980-08-13 |
JPS6349404B2 true JPS6349404B2 (en) | 1988-10-04 |
Family
ID=11552122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP324779A Granted JPS55105407A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Oscillation circuit |
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JP (1) | JPS55105407A (en) |
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- 1979-01-11 JP JP324779A patent/JPS55105407A/en active Granted
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