KR20080077051A - 발진 회로 - Google Patents

Abstract

(과제)

1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 하는 발진 회로를 제공한다.

(해결 수단)

발진 회로는, 발진 진동자와, 발진 인버터와, 발진 인버터의 출력과 출력 단자 사이에 접속되는 덤핑 저항과, 발진 인버터의 입출력에 접속되는 귀환 저항과, 귀환 저항의 저항값을 변경하는 귀환 저항 스위치 또는 발진 인버터의 상호 컨덕턴스의 값을 변경하는 발진 인버터 스위치를 형성한 것에 의해, 귀환 저항 스위치 또는 발진 인버터 스위치에 의해 귀환 저항의 저항값 또는 발진 인버터의 상호 컨덕턴스의 값을 전환함으로써, 발진 회로의 주파수 대역을 가변시키고, 발진 진동자가 갖고 있는 고조파 성분을 선택함으로써, 발진 주파수를 전환하는 것이 가능해져 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능해진다.

발진 진동자, 발진 회로, 귀환 저항

Description

발진 회로{OSCILLATION CIRCUIT}

본 발명은, 발진 회로에 관한 것으로, 특히 1 개의 수정 (水晶) 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 하는 발진 회로에 관한 것이다.

종래, 수정 진동자를 사용한 주파수 전환 발진기에서는, 상이한 주파수를 발진하는 2 개의 발진 회로를 필요로 하고, 스위치의 전환으로 2 개의 발진 회로 중 어느 쪽을 선택함으로써, 상이한 발진 주파수를 얻는 방법을 취하고 있다.

예를 들어, 시계에 2 개의 발진 회로가 탑재되며, 1 개의 수정 진동자는 시각 계측용으로서 이용되고, 다른 1 개의 수정 진동자는 제어용으로 이용되고 있었다. 또, 예를 들어 제어 기판에 있어서, 2 개의 수정 진동자를 사용한 2 개의 주파수가 각각 제어용으로 이용되고 있다.

이와 같은 발진 회로로서, 예를 들어 특허 문헌 1 내지 3 이 알려져 있다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2004-140817호

[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 2005-167572호

[특허 문헌 3] 일본 공개특허공보 2005-86378호

그러나, 특허 문헌 1 내지 3 에 나타내는 발진 회로에 있어서는, 주파수를 전환하기 위해 2 개의 수정 진동자와 그 발진 회로를 필요로 하기 때문에, 그 면적이 커져 비용이 상승한다는 문제가 있다.

또, 수정 진동자를 이용하여 시각을 계측하는 시계에 있어서, 그 시계의 펑션 테스트를 하는 경우에는, 시각을 계측하기 위한 수정 진동자의 주파수, 예를 들어 32.768Khz 에서 펑션 테스트가 실행된다. 이 시각 계측용 수정 진동자에 의한 주파수는 비교적 느리기 때문에, 시계의 펑션 테스트에 필요로 하는 시간은 길어진다는 문제가 있었다.

이 펑션 테스트란, 예를 들어 수정 진동자에 의한 발진 회로로부터의 32.768Khz 가 분주 회로에 의해 분주되어 1Hz 를 생성하는데, 이 분주 회로가 정상적으로 분주되고 있는지의 여부를 검사하는 테스트이다.

또, 이 펑션 테스트를 위해, 발진 회로로부터의 주파수를 이용하지 않고, 시계에 외부로부터 주파수를 입력하여 펑션 테스트를 실행하는 것도 가능하기는 하나, 이 경우, 시계의 펑션 테스트 자체에 필요로 하는 시간은 짧아지지만, 발진 회로 자체의 테스트를 실시할 수는 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 1 개의 수정 진동자 (발진 진동자) 로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 하는 발진 회로를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 발진 회로는 이하와 같은 구성을 취한다.

발진 진동자와, 상기 발진 진동자에 병렬로 접속된 발진 인버터와, 상기 발진 인버터의 출력 단자에 접속된 덤핑 저항과, 상기 발진 인버터에 병렬로 접속된 저항값이 가변인 귀환 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다. 또한, 상기 발진 회로가, 상기 발진 인버터의 전류 구동 능력을 변경하는 발진 인버터 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

또, 발진 진동자와, 상기 발진 진동자에 병렬로 접속된 발진 인버터와, 상기 발진 인버터의 출력 단자에 접속된 덤핑 저항과, 상기 발진 인버터에 병렬로 접속된 귀환 저항과, 상기 발진 인버터의 전류 구동 능력을 변경하는 발진 인버터 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다. 또한, 상기 귀환 저항의 저항값이 가변인 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

또한, 상기 귀환 저항이, 제 1 귀환 저항과, 제 2 귀환 저항과, 상기 제 2 귀환 저항에 병렬로 접속된 귀환 저항 스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

또, 상기 제 2 귀환 저항이 복수의 귀환 저항이고, 상기 귀환 저항 스위치가 복수의 귀환 저항 스위치인 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

또한, 상기 발진 인버터가, 복수의 트랜지스터로 구성되어 있고, 상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라 동작하는 트랜지스터의 개수를 변경하는 것을 특징으 로 하는 발진 회로이다.

또, 상기 발진 인버터가, 상이한 전류 구동 능력을 갖는 복수의 발진 인버터 회로와, 상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라, 상기 복수의 발진 인버터 회로 중에서 1 개의 발진 인버터 회로를 선택하는 발진 인버터 회로 선택 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

또한, 상기 발진 인버터가, 상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라 가변 전압을 출력하는 가변 전압원과, 상기 가변 전압원으로부터 입력되는 가변 전압으로 구동되는 발진 인버터 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로이다.

본 발명에 의하면, 발진 회로는, 발진 진동자와, 발진 인버터와, 발진 인버터의 출력과 출력 단자 사이에 접속되는 덤핑 저항과, 발진 인버터의 입출력에 접속되는 귀환 저항과, 귀환 저항의 저항값을 변경하는 귀환 저항 스위치 또는 발진 인버터의 상호 컨덕턴스의 값을 변경하는 발진 인버터 스위치를 형성한 것에 의해, 귀환 저항 스위치 또는 발진 인버터 스위치에 의해 귀환 저항의 저항값 또는 발진 인버터의 상호 컨덕턴스의 값을 전환함으로써, 발진 회로의 주파수 대역을 가변시키고, 발진 진동자가 갖고 있는 고조파 성분을 선택함으로써, 발진 주파수를 전환하는 것이 가능해져 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 의하면, 수정 발진 회로는, 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻음으로써, 소자수가 적고 칩 면적이 작은 발진 회로를 제공하는 것이 가능해지는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 의하면, 수정 발진 회로는, 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻음으로써, 소자수가 적고 칩 면적이 작은 발진 회로를 제공하는 것이 가능해지므로, 수정 발진 회로의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능해지는 효과를 발휘한다.

또, 본 발명에 의하면, 수정 발진 회로는, 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능하고, 펑션 테스트시에는 발진 진동자를 고주파수로 동작시킴으로써, 펑션 테스트에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 의하면, 수정 발진 회로는, 1 개의 발진 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능하고, 펑션 테스트시에는 발진 진동자를 고주파수로 동작시킴으로써, 펑션 테스트에 필요로 하는 시간을 단축시키는 것뿐만 아니라, 발진 회로 자체의 동작 확인도 가능해지는 효과를 발휘한다.

<제 1 실시형태>

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 발진 회로의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.

발진 회로는, 발진 인버터 (2), 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2), 덤핑 저항 (Rd), 스위치 (SW2) (귀환 저항 스위치) 를 갖는다.

발진 인버터 (2) 는, 예를 들어 P 채널 MOS 트랜지스터와 N 채널 MOS 트랜지 스터로 구성되는 CMOS 발진 인버터이다. 발진 인버터 (2) 의 양단에는, 직렬로 접속된 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2) 이 접속되어 있다. 또, 발진 인버터 (2) 의 출력에는, 덤핑 저항 (Rd) 이 접속되어 있다.

스위치 (SW2) 는, 발진 인버터 (2) 의 양단에 직렬로 접속된 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2) 에 있어서, 귀환 저항 (Rf2) 을 삽입하는지의 여부를 선택하는 스위치이다. 이 스위치 (SW2) 가 오프인 경우에는, 발진 인버터 (2) 의 양단에 접속되는 귀환 저항 중에 귀환 저항 (Rf2) 이 삽입되어, 발진 인버터 (2) 의 귀환 저항은, 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2) 이 된다. 한편, 스위치 (SW2) 가 온인 경우에는, 발진 인버터 (2) 의 양단에 접속되는 귀환 저항 중에 귀환 저항 (Rf2) 이 삽입되지 않아, 발진 인버터 (2) 의 귀환 저항은, 귀환 저항 (Rf1) 만이 된다. 따라서, 스위치 (SW2) 에 의해, 발진 인버터 (2) 의 귀환 저항의 저항값이 가변이 된다.

또, 상기 발진 회로의 입력 단자를 XIN 으로 하고, 출력 단자를 XOUT 로 한다. 이 입력 단자 (XIN) 와 출력 단자 (XOUT) 에 발진 진동자 (1) 의 양단이 접속된다. 이 발진 진동자 (1) 는, 수정 진동자 또는 세라믹 진동자이다. 이하에 있어서, 이 발진 진동자 (1) 는, 수정 진동자 (1) 로서 설명한다.

또한, 수정 진동자 (1) 의 입력 단자는 입력 용량 (Cg) 을 통해 접지되고, 수정 진동자 (1) 의 출력 단자는 출력 용량 (Cd) 을 통해 접지되어 있다. 입력 용량 (Cg) 및 출력 용량 (Cd) 은, 기판 등의 용량이다.

이상과 같이 구성된 수정 진동자를 사용한 발진 회로는, 귀환 저항 (Rf1) 에 직렬로 귀환 저항 (Rf2) 을 삽입하는 스위치를 형성한 것에 의해, 스위치에 의해 1 개의 발진 회로의 귀환 저항의 저항값을 전환함으로써 발진 회로의 주파수 대역을 가변시키고, 수정 진동자가 갖고 있는 고조파 성분을 선택함으로써, 발진 주파수를 전환하는 것이 가능해져 1 개의 수정 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능해진다.

<원리>

다음으로, 1 개의 수정 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 원리에 대해 설명한다. 여기에서는, 시각을 계측할 때 사용하는 32.768kHz 의 주파수를 갖는 수정 진동자를 이용하여, 그 6 배의 주파수인 200kHz 의 주파수를 얻는 경우에 대해 설명한다.

먼저, 수정 진동자는, 일반적으로 설계된 주파수에 대해 그 배수의 주파수를 갖고 있다. 예를 들어, 32.768kHz 의 주파수를 갖도록 설계된 수정 진동자는, 그 2 배, 3 배 … 6 배 … n 배 (n 은 자연수) 의 주파수, 즉 고조파를 갖고 있다.

통상은, 수정 진동자가 갖는 복수의 주파수로부터, 발진 회로에 의해 설계된 주파수만이 발진하도록 하고, 예를 들어 32.768kHz 의 주파수만을 출력하도록 하여 이 수정 진동자를 이용하고 있다.

이상과 같이, 32.768kHz 의 수정 진동자는, 그 제조 공정상, 상기에 설명한 바와 같이, 200kHz 의 고조파가 존재한다.

그 때문에, 32.768kHz 의 수정 진동자를 사용하는 경우, 발진 회로측의 주파수 대역을 조정함으로써, 32.768kHz 에서도 200kHz 에서도 발진하는 것이 가능하다.

다음으로, 도 2 를 이용하여, 32.768kHz 의 수정 진동자가 32.768kHz 및 200kHz 에서 발진하는 경우에 대해, 그 발진 회로의 주파수 대역에 대해 설명한다.

여기에서, 세로축에 부성 (負性) 저항 (RL), 가로축에 주파수 (f) 로 하여, 발진 회로의 주파수 대역을 도 2 에 나타낸다. 여기에서, 부성 저항 (RL) 이란, 입력 단자 (XIN) 와 출력 단자 (XOUT) 로부터 본 발진 회로 전체의 저항 성분이다.

도 2 의 실선으로 나타낸 파형은, 도 1 의 스위치를 오프로 한 경우의 주파수 대역이고, 한편, 도 2 의 파선으로 나타낸 파형은, 도 1 의 스위치를 온으로 한 경우의 주파수 대역이다. 이 도 2 의 파형은, 실측 또는 시뮬레이션에 의한 측정에 의해 계측된 파형이다.

도 2 에서, 스위치를 오프로 한 경우에는, 32Khz 를 중심으로 하여 발진되기 쉽게 되어 있고, 한편, 스위치를 온으로 한 경우에는, 200Khz 를 중심으로 하여 발진되기 쉽게 되어 있다.

여기에서, 이 주파수 대역의 일반적인 특성을 설명하기 위해, 귀환 저항의 저항값에 대한 컷오프 주파수 (fc) 의 변화에 대해 설명한다.

이 컷오프 주파수 (fc) 란, 세로축에 부성 저항 (RL), 가로축에 주파수 (f) 로 한 발진 회로의 주파수 대역에 있어서, 특히 부성 저항 RL=0Ω 이 되는 주파수를 말한다.

이 컷오프 주파수 (fc) 는, 다음의 식 1 에 의해 산출된다.

fc∝gm/(Rf·Cg·Cd) (식 1)

여기에서, gm 은 발진 인버터의 상호 컨덕턴스, Rf 는 귀환 저항, Cg 는 입력 용량, Cd 는 출력 용량이다.

주파수 대역의 가변은 식 1 로부터, 컷오프 주파수 (fc) 는, 귀환 저항 (Rf) 을 크게 하면, 저주파 대역에서 발진하게 되고, 반대로, 귀환 저항 (Rf) 을 작게 하면, 고주파 대역에서 발진하게 된다.

도 2 에서, 스위치가 오프인 경우의 컷오프 주파수 (fc32) 로 하고, 스위치가 온인 경우의 컷오프 주파수 (fc200) 로 하면, 스위치가 오프이고 귀환 저항 (Rf) 을 크게 한 경우의 컷오프 주파수 (fc32) 는, 스위치가 온이고 귀환 저항 (Rf) 을 작게 한 경우의 컷오프 주파수 (fc200) 와 비교하여, 그 주파수가 낮은 것을 알 수 있다.

이 컷오프 주파수 (fc) 는, 발진 회로가 출력하는 주파수의 기준이 된다.

상기의 설명으로부터, 32.768kHz 에서 발진시키고자 하는 경우에는, 예를 들어 스위치 (SW2) 를 오프하고, 귀환 저항 (Rf) 을 크게 하고, 200kHz 에서 발진시키고자 하는 경우에는, 스위치 (SW2) 를 온하고, 귀환 저항 (Rf) 을 작게 하면 되는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 하여, 귀환 저항 (Rf) 의 값을 바꿈으로써, 수정 진동자가 갖는 고조파를 선택하여 주파수의 전환을 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 도 1 의 귀환 저항 (Rf1 및 Rf2) 은, 상기 귀환 저항 (Rf) 과 발진 주파수 (f) 를 실측 또는 시뮬레이션에 의해 측정하고, 결정된 저항값을 갖고 있다.

<제 2 실시형태>

다음으로, 도 3 을 이용하여, 귀환 저항 (Rf) 의 저항값을 변경하여 수정 진동자가 갖는 고조파를 선택하여 발진하는 발진 회로의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 동 도면에 있어서 도 1 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

귀환 저항 (Rf3) 은, 발진 인버터 (2) 의 양단에 접속되고, 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2) 에 직렬로 접속된 귀환 저항이다.

스위치 (SW3) 는, 발진 인버터 (2) 의 양단에 직렬로 접속된 귀환 저항으로서, 귀환 저항 (Rf3) 을 삽입하는지의 여부를 선택하는 스위치이다.

이 발진 회로에 있어서는, 스위치 (SW2) 의 온과 오프, 및 스위치 (SW3) 의 온과 오프에 의해, 4 가지의 귀환 저항의 저항값이 선택 가능하고, 4 가지의 발진 주파수를 선택 가능하다.

귀환 저항의 저항값을 용이하게 설정하는 경우에는, 예를 들어 각 스위치의 모두가 오프이거나, 각 스위치 중 어느 하나가 온이도록 한다.

이 경우, 귀환 저항의 저항으로서, 귀환 저항 (Rf1) 만, 귀환 저항 (Rf1 과 Rf2), 및 귀환 저항 (Rf1 과 Rf3) 의 3 가지가 선택 가능하고, 각각의 귀환 저항의 저항값에 대해 발진 주파수가 출력된다.

또한, 각각의 귀환 저항의 저항값은, 수정 진동자의 고조파에 맞춰 설정되어 있다.

또, 도 3 에서는, 3 개의 귀환 저항의 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 복수의 귀환 저항이 직렬로 접속되고, 각각의 귀환 저항에 대해 발진 인버터의 귀환 저항에 삽입하는지의 여부를 선택하는 스위치를 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능하다.

또, 상기 설명에 있어서는, 귀환 저항으로서 직렬인 경우에만 설명해 왔지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 복수의 귀환 저항을 직렬 또는 병렬로 접속하고, 각각의 귀환 저항에 대해 발진 인버터의 귀환 저항에 삽입하는지의 여부를 선택하는 스위치를 형성하고, 스위치의 온 오프에 의해 발진 인버터에 대한 귀환 저항의 저항값을 변경할 수 있도록 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능하다.

<제 3 실시형태>

다음으로, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 하는 발진 회로의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.

제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에 있어서는, 귀환 저항의 저항값을 가변으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻을 수 있었다.

이에 대하여, 제 3 실시형태에 있어서는, 발진 인버터의 상호 컨덕턴스 (gm) 를 변경함으로써, 즉, 발진 인버터의 전류 구동 능력을 가변으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는다.

이것은, 식 1 로부터, 발진 인버터의 상호 컨덕턴스 (gm) 의 변화에 의해서 도, 컷오프 주파수 (fc) 는 변화되는 것에 의한다. 예를 들어, 식 1 로부터, 상호 컨덕턴스 (gm) 를 크게 하면, 컷오프 주파수 (fc) 는 커지고, 반대로, 상호 컨덕턴스 (gm) 를 작게 하면, 컷오프 주파수 (fc) 는 작아진다.

그 때문에, 발진 인버터의 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변으로 함으로써, 발진 주파수를 가변으로 하는 것이 가능하기 때문에, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻을 수 있다.

제 3 실시형태에 있어서는, 도 1 또는 도 3 의 발진 회로에 있어서, 발진 인버터 (2) 가, 도 4(a) 에 나타나 있는 발진 인버터 (21) 로 변경된다. 이 발진 인버터 (21) 는, 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변할 수 있는 점에 있어서, 도 1 또는 도 3 의 발진 회로에 있어서의 발진 인버터 (2) 와 다르다.

도 1 또는 도 3 에 있어서, 발진 인버터 (2) 가 발진 회로에 접속되는 접속점을 접속점 A 및 접속점 B 로 하고, 도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 는, 이 접속점 A 와 접속점 B 에 접속된다.

또, 도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 에는, 상호 컨덕턴스 (gm) 를 선택하고, 전환하기 위한 선택 신호 (EN) 가 외부로부터 입력된다.

도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 는, 외부로부터 입력되는 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인지 로우 레벨인지에 따라, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 의 값으로서, 설정된 2 개의 값 중에서 1 개의 값이 선택된다.

또한, 이 제 3 실시형태에 있어서는, 귀환 저항의 저항값을 가변으로 하는 것은 실시하지 않고, 예를 들어 도 1 에 있어서, 귀환 저항 (Rf2) 과 스위치 (SW2) 를 갖지 않는 발진 회로에 있어서, 발진 인버터 (2) 를 도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 로 치환해도 된다.

다음으로, 도 4(b) 를 이용하여, 도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 의, 일례로서의 회로 구성에 대해 설명한다. 이하에 있어서, 전원 회로의 전원 전위를 VDD 로 하고, 접지 전위를 VSS 로 하여 설명한다. 이 전원 회로는, 도시되지 않은 전원 회로이다.

또, 발진 인버터 (21) 에 대해, 접속점 A 로부터 입력되는 신호를 입력 신호 A, 접속점 B 로부터 출력되는 신호를 출력 신호 B 로 하여 설명한다.

입력 신호 (A) 는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P10), P 채널 MOS 트랜지스터 (P11), N 채널 MOS 트랜지스터 (N10), 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의, 각각의 게이트에 입력되어 있다.

P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 는, 드레인이 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 의 드레인에 접속되고, 소스가 전원 회로 (VDD) 에 접속되어 있다.

이 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 의 드레인과 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 의 드레인의 접속점으로부터, 출력 신호 (B) 가 출력되고 있다.

또, N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 는 소스가 접지되어 있다.

P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 와 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 는, 입력 신호 (A) 에 대해 인버터로서 기능하고, 입력 신호 (A) 를 반전한 신호를 출력 단자 (B) 에 출력한다.

이후, 이 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 와 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 에 의해 구성되는 인버터를, 제 1 인버터 회로로 한다.

선택 신호 (EN) 는, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 의 게이트에 접속된다. 또, 선택 신호 (EN) 는 인버터 (31) 를 통해 P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 의 게이트에 접속된다.

P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 의 소스는 전원 회로에 접속되어 있고, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 의 소스는 접지되어 있다.

P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 는, 소스가 P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 의 드레인에 접속되어 있고, 드레인이 출력 단자 (B) 에 접속되어 있다.

N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 는, 소스가 N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 의 드레인에 접속되어 있고, 드레인이 출력 단자 (B) 에 접속되어 있다.

이하에 있어서, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 드레인과 출력 단자 (B) 의 접속점, 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의 드레인과 출력 단자 (B) 의 접속점을, 접속점 C 로 하여 설명한다.

다음으로, 도 4(b) 의 발진 인버터 (21) 의 동작에 대해 설명한다.

먼저 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우에는, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 는, 게이트에 하이 레벨이 입력되어 온된다. 또, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 는, 소스가 접지되어 있기 때문에, 드레인과 접지점이 도통되고, 그 드레인의 전위는 거의 접지 전위 (VSS) 까지 저하된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우에는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 는, 인버터 (31) 를 개재하고 있기 때문에 게이트에 로우 레벨이 입력되어 온된다. 그 때문에, P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 의 드레인과 소스는 도통 상태가 된다.

이 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로로부터 입력 신호 (A) 를 반전한 로우 레벨이 출력된다.

또, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 게이트에 하이 레벨이 입력되어 P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 는 오프되고, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 소스와 드레인은 비도통 상태가 된다.

또한, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의 게이트에 하이 레벨이 입력되어 N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 는 온되고, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의 소스와 드레인은 도통 상태가 된다.

여기에서, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨이고, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 의 드레인은 접지되어 있다. 그 때문에, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의 드레인은 N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 를 통해 접지된다.

따라서, 접속점 C 의 전위는, 제 1 인버터 회로의 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 와, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의, 2 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의해, 로우 레벨이 출력된다.

이 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우, 반대로, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로로부터 입력 신호 (A) 를 반전한 하이 레벨이 출력된다.

또, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 게이트에 로우 레벨이 입력되어 P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 는 온되고, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 소스와 드레인은 도통 상태가 된다.

또한, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 는, 게이트에 로우 레벨이 입력되어 N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 는 오프된다. 그 때문에, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의 소스와 드레인은 비도통 상태가 된다.

따라서, 접속점 C 의 전위는, 제 1 인버터 회로의 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 와, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의, 2 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의해 하이 레벨이 출력된다.

한편, 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우에는, N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 는, 게이트에 로우 레벨이 입력되어 오프된다. 이에 의해, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 는, 소스가 접지점과 분리되어 플로팅 상태가 된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우에는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 는, 인버터 (31) 를 통해 게이트에 하이 레벨이 입력되어 오프된다. 이에 의해, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 의 소스가, 전원 회로와 분리되어 플로팅 상태가 된다.

이 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 와, P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 는 N 채널 MOS 트랜지스터 (N12) 와, P 채널 MOS 트랜지스터 (P12) 가 오프되어 있기 때문에, 동작하지 않는다.

이 때문에 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 의, 1 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의해 로우 레벨이 출력된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 의, 1 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의해 하이 레벨이 출력된다.

이상의 발진 인버터 (21) 의 동작을, 도 4(c) 에 정리하여 설명한다.

또한, 여기에서는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P10 과 P11), 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10 과 N11) 의, 각각의 사이즈를 동일하게 한 경우에 대해 설명한다.

또, 1 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의한 하이 레벨의 출력 전류 내지 그 상호 컨덕턴스를 gmH 로 하고, 또, 1 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의한 로우 레벨의 출력 전류 내지 그 상호 컨덕턴스를 gmL 로 한다.

이와 같이 하면, 예를 들어 2 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의한 하이 레벨의 상호 컨덕턴스는 2gmH 이다. 또, 예를 들어 2 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의한 로우 레벨의 상호 컨덕턴스는 2gmL 이다.

선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 와, N 채널 MOS 트랜지스터 (N11) 의, 2 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의해 로우 레벨이 출력된다.

따라서, 이 경우의, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스는 2gmL 이 된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인 경우, 반대로, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 와 P 채널 MOS 트랜지스터 (P11) 인 2 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의해 하이 레벨이 출력된다.

따라서, 이 경우의 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스는 2gmH 가 된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우, 입력 신호 (A) 에 하이 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10) 인 1 개의 N 채널 MOS 트랜지스터에 의해 로우 레벨이 출력된다.

따라서, 이 경우의 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스는 gmL 이 된다.

또, 선택 신호 (EN) 가 로우 레벨인 경우, 반대로, 입력 신호 (A) 에 로우 레벨이 입력되는 경우에는, 제 1 인버터 회로의 P 채널 MOS 트랜지스터 (P10) 의 1 개의 P 채널 MOS 트랜지스터에 의해 하이 레벨이 출력된다.

따라서, 이 경우의 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스는 gmH 가 된다.

이상의 관계를, 도 4(c) 의 표에 정리한다. 도 4(c) 는, 입력 신호 (A) 와 선택 신호 (EN) 가, 각각 하이 레벨의 「H」 이거나, 또는 로우 레벨의 「L」 인 경우의, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스의 값을 나타낸 것이다.

이상과 같이 하여, 도 4(c) 에 나타나는 바와 같이, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인지 로우 레벨인지에 따라, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변으로 하는 것이 가능하다.

따라서, 상기에 설명한 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변으로 하는 것이 가능한 발진 인버터 (21) 를 이용하여, 발진 주파수를 가변으로 하는 것이 가능해져 1 개 의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻을 수 있다.

또한, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스의 값, 즉, P 채널 MOS 트랜지스터 (P10 내지 P12), 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (N10 내지 N12) 의, 각각의 상호 컨덕턴스의 값은, 수정 진동자가 갖는 고조파에 맞춰 설정된다.

또, 제 3 실시형태에 있어서는, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인지 로우 레벨인지에 따라, 발진 인버터 (21) 의 출력 전류를 가변으로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 가 가변이 되는 구성이면, 임의의 구성을 이용해도 된다.

예를 들어, 발진 인버터 (21) 로서, 상호 컨덕턴스 (gm) 가 상이한 복수의 발진 인버터와, 상호 컨덕턴스 (gm) 가 상이한 복수의 발진 인버터 중에서 1 개의 발진 인버터를 선택하는 스위치에 의해, 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 가, 어느 하나의 발진 인버터의 상호 컨덕턴스 (gm) 에 선택되도록 해도 된다.

또한, 상호 컨덕턴스 (gm) 가 상이한 복수의 발진 인버터란, 발진 인버터의 사이즈가 상이한 발진 인버터를 말한다.

<제 4 실시형태>

다음으로, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 하는 발진 회로의 제 4 실시형태에 대해 설명한다.

제 3 실시형태에 있어서는, 선택 신호 (EN) 가 하이 레벨인지 로우 레벨인지에 따라, 발진 인버터 (21) 의 출력 전류를 가변으로 하고, 이 발진 인버터 (21) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복 수의 발진 주파수를 얻었다.

이 제 3 실시형태에서는 고정 전압원이었던 것에 대해, 제 4 실시형태에 있어서는 가변 전압원을 사용함으로써, 발진 인버터의 상호 컨덕턴스 (gm) 를 가변으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 한다.

도 5(a) 를 이용하여, 제 3 실시형태에 있어서의 발진 인버터 (22) 에 대해 설명한다. 이 발진 인버터 (22) 는, 도 4(a) 의 발진 인버터 (21) 와 마찬가지로, 도 1 또는 도 3 에 있어서, 접속점 A 와 접속점 B 에 접속되는 발진 인버터 (2) 에 대해 치환되는 발진 인버터이다.

이 발진 인버터 (22) 는, 외부로부터 입력되는 가변 전압 설정 신호 (Vreg) 에 따라, 가변 전압원의 전압을 변화시킴으로써, 출력 신호 (B) 를 가변으로 한다.

다음으로, 도 5(b) 를 이용하여, 발진 인버터 (22) 의 일례로서의 회로 구성에 대해 설명한다.

가변 전압원 (V1) 은, 외부로부터 입력되는 가변 전압 설정 신호 (Vreg) 에 따라, 전원 전압을 가변하여 출력하는 전압원이다. 가변 전압원 (V1) 의 일단은 설치되어 있고, 타단은 가변 전압을 출력하고 있다.

입력 신호 (A) 는, P 채널 MOS 트랜지스터 (P20) 와 N 채널 MOS 트랜지스터 (N20) 의 각각의 게이트에 입력되고, P 채널 MOS 트랜지스터 (P20) 의 소스는 가변 전압원 (V1) 의 출력 단자에 접속되어 있고, N 채널 MOS 트랜지스터 (N20) 의 소스는 접지되어 있다.

P 채널 MOS 트랜지스터 (P20) 의 드레인은, N 채널 MOS 트랜지스터 (N20) 의 드레인에 접속되어 있다. 이 P 채널 MOS 트랜지스터 (P20) 의 드레인과 N 채널 MOS 트랜지스터 (N20) 의 드레인의 접속점으로부터 출력 신호 (B) 가 출력된다.

이 P 채널 MOS 트랜지스터 (P20) 와, N 채널 MOS 트랜지스터 (N20) 는, 입력 신호 (A) 에 대해 인버터로서 기능하고, 입력 신호 (A) 를 반전한 신호를 출력 단자 (B) 에 출력한다.

또, 출력 단자 (B) 에 출력되는 전류는, 외부로부터 입력되는 가변 전압 설정 신호 (Vreg) 에 의해, 가변 전압원 (V1) 의 전압을 변화시킴으로써 가변한다.

따라서, 이 발진 인버터 (22) 는, 외부로부터 입력되는 가변 전압 설정 신호 (Vreg) 에 의해, 가변 전압원 (V1) 의 출력 전압을 변화시킴으로써, 출력 단자 (B) 에 출력되는 전류를 가변으로 함으로써, 발진 인버터 (22) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 의 값을 가변으로 하는 것이 가능해지고, 따라서, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 발진 인버터 (22) 의 상호 컨덕턴스 (gm) 의 값은, 수정 진동자가 갖는 고조파에 맞춰 설정된다.

또한, 식 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 용량 (Cg) 또는 출력 용량 (Cd) 을 가변으로 함으로써, 컷오프 주파수 (fc) 를 가변으로 하는 것이 가능하다. 따라서, 입력 용량 (Cg) 또는 출력 용량 (Cd) 을 가변으로 하고, 발진 회로의 주파수를 가변으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻도록 해도 된다.

예를 들어, 용량 (cx) 과, 입력 용량 (Cg) 에 용량 (cx) 을 삽입하는지의 여부를 실행하는 용량 스위치 (SWX) 의 구성에 의해, 이 용량 스위치 (SWX) 의 온 또는 오프를 제어함으로써, 입력 용량 (Cg) 의 값이 입력 용량 (Cg) 인지, 또는 입력 용량 (Cg) + 용량 (cx) 인지를 선택 제어하고, 발진 회로의 주파수를 선택하고, 이에 의해, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻도록 해도 된다.

또, 출력 용량 (Cd) 에 대해서도, 입력 용량 (Cg) 과 마찬가지로, 그 용량의 값을 가변으로 하는 구성으로 함으로써, 1 개의 수정 진동자를 이용하여, 복수의 발진 주파수를 얻도록 하는 것도 가능하다.

또한, 상기의 설명에 있어서는, 제 1 내지 제 4 실시형태에 대해, 각각 독립적으로 설명해 왔는데, 이것에 한정되는 것이 아니고, 제 1 내지 제 4 실시형태를 각각 조합하여 이용해도 된다.

또, 상기에 설명한 1 개의 수정 진동자를 이용하여 복수의 발진 주파수를 얻도록 한 발진 회로를 이용하여, 펑션 테스트에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이 가능하다.

예를 들어, 통상의 운용시에 있어서의 주파수 (예를 들어 32.768KHz) 와, 그것보다 빠른 주파수 (예를 들어 200KHz) 를 출력할 수 있는 발진 회로를 구성해 두고, 펑션 테스트에는, 빠른 주파수 (예를 들어 200KHz) 로 회로 전체가 동작하도록 함으로써, 펑션 테스트에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 것이 가능하다.

또, 이 수정 발진 회로는, 1 개의 수정 진동자로부터 복수의 발진 주파수를 얻는 것이 가능하고, 펑션 테스트시에는 수정 진동자를 고주파수로 동작시킴으로써, 펑션 테스트에 필요로 하는 시간을 단축시키는 것뿐만 아니라, 발진 회로 자체의 동작 확인도 가능하다.

또한, 상기의 설명에 있어서는, 기본 주파수를 32.768KHz 로 하여, 기본 주파수와 그 6 배의 주파수인 200KHz 를 출력하는 경우에 대해 설명해 왔지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 수정 진동자가 갖는 임의의 고조파 중에서, 임의의 고조파를 선택하고, 그 선택한 고조파로 발진 회로가 발진되도록 구성함으로써, 발진 회로는 수정 진동자가 갖는 임의의 고조파로 발진 가능하다.

또, 상기 설명에 있어서는, 발진 회로를 시계에 사용하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명에 의한 발진 회로는 이것에 한정되는 것이 아니고, 발진 회로는 어떠한 기기 또는 장치에 적용하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 서술해 왔는데, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 등도 포함된다.

본 발명은, 발진 회로를 사용하는 회로, 특히 복수의 주파수를 필요로 하는 회로에 이용하기에 바람직하다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 발진 회로의 회로도.

도 2 는 도 1 의 발진 회로의 주파수 특성을 나타내는 주파수 특성도.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 발진 회로의 회로도.

도 4 는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 발진 회로의 회로도.

도 5 는 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 발진 회로의 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 수정 진동자

2, 21, 22 : 발진 인버터

3, 31 : 인버터

Rf, Rf1, Rf2, Rf3 : 귀환 저항

Rd : 덤핑 저항

Cg : 입력 용량

Cd : 출력 용량

SW2, SW3, SWX : 스위치

P10, P11, P12, P20 : P 채널 MOS 트랜지스터

N10, N11, N12, N20 : N 채널 MOS 트랜지스터

V1 : 가변 전압원

Claims (9)

1. 발진 진동자와,

   상기 발진 진동자에 병렬로 접속된 발진 인버터와,

   상기 발진 인버터의 출력 단자에 접속된 덤핑 저항과,

   상기 발진 인버터에 병렬로 접속된 저항값이 가변인 귀환 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발진 회로가,

   상기 발진 인버터의 전류 구동 능력을 변경하는 발진 인버터 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
3. 발진 진동자와,

   상기 발진 진동자에 병렬로 접속된 발진 인버터와,

   상기 발진 인버터의 출력 단자에 접속된 덤핑 저항과,

   상기 발진 인버터에 병렬로 접속된 귀환 저항과,

   상기 발진 인버터의 전류 구동 능력을 변경하는 발진 인버터 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 귀환 저항의 저항값이 가변인 것을 특징으로 하는 발진 회로.
5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 귀환 저항이,

   제 1 귀환 저항과,

   제 2 귀환 저항과,

   상기 제 2 귀환 저항에 병렬로 접속된 귀환 저항 스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 귀환 저항이 복수의 귀환 저항이고,

   상기 귀환 저항 스위치가 복수의 귀환 저항 스위치인 것을 특징으로 하는 발진 회로.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발진 인버터가,

   복수의 트랜지스터로 구성되어 있고,

   상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라 동작하는 트랜지스터의 개수를 변경하는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발진 인버터가,

   상이한 전류 구동 능력을 갖는 복수의 발진 인버터 회로와,

   상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라, 상기 복수의 발진 인버터 회로 중에서 1 개의 발진 인버터 회로를 선택하는 발진 인버터 회로 선택 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발진 인버터가,

   상기 발진 인버터 스위치의 입력에 따라 가변 전압을 출력하는 가변 전압원과,

   상기 가변 전압원으로부터 입력되는 가변 전압으로 구동되는 발진 인버터 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 발진 회로.

Images