TW202306314A - 振盪電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種振盪電路，即使包括在運行時流通大電流的電路，也能夠減小通常運行時的消耗電流。振盪電路的特徵在於包括：第一恆流電路，連接於電容器的一端子；第一開關電路，連接於電容器的另一端子與第二電源端子之間；第二恆流電路；第一MOS電晶體，閘極與汲極連接於第二恆流電路，源極連接於電容器的另一端子；第二MOS電晶體，閘極與第一MOS電晶體的閘極連接，汲極連接於電容器的一端子；第二開關電路，連接於第二MOS電晶體的源極與第二電源端子之間；及輸出端子，輸出基於電容器的一端子的電壓的信號，第一開關電路與第二開關電路通過輸出端子的信號與所述信號的反相信號來控制接通與斷開。

Description

振盪電路
本發明涉及一種振盪電路。
對於振盪電路，要求不受電源電壓或溫度等的變動所影響，而輸出恆定的頻率。
圖4是表示現有的振盪電路的電路圖。 圖4的振盪電路400包括電容器C1、逆變器41、逆變器42及逆變器44、帶隙恆壓電路43（下文稱為BGR（band gap reference）電路）、恆流源電路45、恆流用偏壓產生電路46、P通道金屬氧化物半導體（P-channel metal oxide semiconductor，PMOS）電晶體M1、以及N通道金屬氧化物半導體（N-channel metal oxide semiconductor，NMOS）電晶體M2。
BGR電路43供給不受電源電壓及溫度的變動的影響的電壓VBGR。由恆流用偏壓產生電路46進行偏壓控制的恆流源電路45產生不受電源電壓及溫度的變動的影響的恆流。圖4的振盪電路中，電壓VBGR與恆流對電容器C1的電壓進行控制，因此能夠不受電源電壓或溫度等的變動所影響，而從逆變器42輸出恆定的頻率（例如參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-217762號公報
[發明所要解決的問題] 但是，上述振盪電路包括BGR電路43及恆流用偏壓產生電路46，因此存在這些電路的電路規模大、消耗電流大的課題。
本發明是鑒於所述課題而完成，其目的在於提供一種振盪電路，所述振盪電路即使電路規模小，消耗電流小，也能夠不受電源電壓或溫度等的變動所影響而輸出恆定的頻率。 [解決問題的技術手段]
本發明的一態樣的振盪電路的特徵在於包括：電容器；第一恆流電路，連接於第一電源端子與所述電容器的一端子之間；第一開關電路，連接於所述電容器的另一端子與第二電源端子之間；第二恆流電路，一端子連接於所述第一電源端子；第一金屬氧化物半導體（metal-oxide-semiconductor，MOS）電晶體，閘極與汲極連接於所述第二恆流電路的另一端子，源極連接於所述電容器的另一端子；第二MOS電晶體，閘極與所述第一MOS電晶體的閘極連接，汲極連接於所述電容器的一端子；第二開關電路，連接於所述第二MOS電晶體的源極與所述第二電源端子之間；及輸出端子，輸出基於所述電容器的一端子的電壓的信號，所述第一開關電路與所述第二開關電路通過所述輸出端子的信號與所述信號的反相信號來控制接通與斷開。 [發明的效果]
根據本發明的振盪電路，由於包括以恆定電壓使電容器的電壓上升下降的NMOS電晶體及開關電路、以恆定電流將電容器充電放電的恆流電路，故而能夠提供一種振盪電路，所述振盪電路的電路規模及消耗電流小，且能夠不受電源電壓或溫度等的變動所影響而輸出恆定的頻率。
以下，參照圖式對本發明的振盪電路進行說明。
圖1是表示本實施方式的振盪電路100的方塊圖。 圖1的振盪電路100包括恆流電路10、恆流電路11及恆流電路12、NMOS電晶體13、NMOS電晶體14及NMOS電晶體15、開關電路16及開關電路17、電容器18、以及逆變器30及逆變器31。恆流電路12與NMOS電晶體15構成恆流逆變器。
恆流電路10、恆流電路11及恆流電路12的一端連接於電源端子。NMOS電晶體13的汲極與閘極連接於恆流電路10的另一端，源極連接於開關電路16的一端。開關電路16的另一端連接於接地端子，控制端子連接於逆變器31的輸出端子。NMOS電晶體14的汲極連接於恆流電路11的另一端，閘極連接於NMOS電晶體13的閘極，源極連接於開關電路17的一端。開關電路17的另一端連接於接地端子，控制端子連接於逆變器30的輸出端子。電容器18的一端連接於NMOS電晶體13的源極，另一端連接於NMOS電晶體14的汲極。NMOS電晶體15的汲極連接於恆流電路12的另一端，閘極連接於NMOS電晶體14的汲極，源極連接於接地端子。逆變器30的輸入端子連接於NMOS電晶體15的汲極。逆變器31的輸入端子連接於逆變器30的輸出端子，輸出端子連接於振盪電路100的輸出端子。
圖1的振盪電路100通過信號CLK及信號CLKB來控制開關電路16及開關電路17的接通與斷開，通過恆流電路10及恆流電路11的恆流I 10及恆流I 11來將電容器18充電放電，由此輸出信號CLK。
此處，圖1的振盪電路100在如以下的條件下設計。 如果將信號CLK的占空比設為50%，那麼恆流I 10與恆流I 11相等。但可根據信號CLK的所需的占空比來適當設定這些恆流。進而，接通開關電路17時的節點N1的電壓V1、即ΔVgs＝Vgs 14－Vgs 13為正值。
以上述方式構成的振盪電路100以如下方式運行。 圖3為表示振盪電路100的動作的時序圖。
首先，對從初始狀態到時刻t1的區間進行說明。 作為初始狀態，電容器18未被充電。如果施加電源，那麼信號CLK成為H電平，信號CLKB成為L電平，因此開關電路16接通，開關電路17斷開。因此，節點N1的電壓V1成為接地端子的電壓、即L電平。
通過從節點N2流向節點N1的恆流I 11將電容器18充電。然後，作為電容器18的電壓的節點N2的電壓V2逐漸上升。在時刻t1，電壓V2成為NMOS電晶體15的閾值Vth 15後，NMOS電晶體15導通。因此，信號CLK成為L電平，信號CLKB成為H電平。
其次，對時刻t1至時刻t2的區間進行說明。 在時刻t1，信號CLK成為L電平，信號CLKB成為H電平後，開關電路16斷開，開關電路17接通。NMOS電晶體13通過恆流I 10流動而在閘極、源極間產生電壓Vgs 13。NMOS電晶體14通過恆流I 10經由電容器18與恆流I 11流動而在閘極、源極間產生電壓Vgs 14。因此，節點N1的電壓V1成為ΔVgs＝Vgs 14－Vgs 13。此處，NMOS電晶體13與NMOS電晶體14以此時的電壓ΔVgs成為正值的方式設計即可。
節點N2的電壓V2由於電壓V1成為電壓ΔVgs，故而通過電容器18，僅上升電壓ΔVgs，而成為Vth 15＋ΔVgs。然後，通過接通開關電路17，對電容器18充電的電壓經由NMOS電晶體14而向接地端子放電。此時的放電電流為與恆流電路10的恆流I 10相當的電流。
即，在時刻t1為電壓Vth 15＋ΔVgs的電容器18的電壓即電壓V2以恆流I 10放電而逐漸下降。然後，在時刻t2，如果電壓V2低於NMOS電晶體15的閾值Vth 15，那麼關斷NMOS電晶體15。因此，信號CLK成為H電平，信號CLKB成為L電平。
接著，對時刻t2至時刻t3的區間進行說明。 在時刻t2，信號CLK成為H電平而信號CLKB成為L電平後，開關電路16接通，開關電路17斷開。接通開關電路16後，節點N1的電壓V1從ΔVgs成為接地端子的電壓。節點N2的電壓V2通過電容器18而下降電壓ΔVgs，成為Vth 15－ΔVgs。
然後，在時刻t4之後重複同樣的動作，由此，振盪電路100向輸出端子輸出占空比為50%的信號CLK。
圖2是表示本實施方式的振盪電路100的一例的電路圖。 恆流電路10、恆流電路11及恆流電路12包括偏壓電路20及PMOS電晶體10、PMOS電晶體11及PMOS電晶體12。並且，設PMOS電晶體10及PMOS電晶體11流通相同的電流，以相同的尺寸進行設計。開關電路16及開關電路17包括NMOS電晶體16及NMOS電晶體17。
偏壓電路20包括NMOS電晶體21及NMOS電晶體22、電阻23、以及PMOS電晶體24及PMOS電晶體25。NMOS電晶體21的源極經由電阻23連接於接地端子。NMOS電晶體22的源極連接於接地端子，汲極與閘極連接於NMOS電晶體21的閘極。PMOS電晶體24的源極連接於電源端子，汲極連接於NMOS電晶體22的汲極。PMOS電晶體25的源極連接於電源端子，汲極與閘極連接於PMOS電晶體24的閘極與NMOS電晶體21的汲極。
以上述方式構成的偏壓電路20如果將流至PMOS電晶體25的電流設為I 25，則以I 25＝ΔVgs _B/R表示。ΔVgs _B為NMOS電晶體21及NMOS電晶體22的Vgs的差量，R為電阻23的電阻值。
振盪電路100的信號CLK的頻率f以如下方式表示。 f＝（I/I 25）（ΔVgs _B/ΔVgs）/2CR I為恆流電路10及恆流電路11中流通的電流，C為電容器18的電容值。此處，如果以使電流I與電流I 25相等，使電壓差ΔVgs _B與電壓差ΔVgs相等的方式設計，那麼頻率f由電容器18的電容值與電阻23的電阻值所確定。
即，振盪電路100的信號CLK的頻率f能夠不被各MOS電晶體的特性的不均所左右，且不受電源電壓或溫度等的變動所影響，而輸出恆定的頻率f。並且，不言自明的是，根據式子可知，頻率f通過使用溫度特性良好的電阻，特性變得良好。
如以上所說明，本實施方式的振盪電路100的結構為包括使電容器18的電壓以恆定電壓（ΔVgs）上升下降的NMOS電晶體13～NMOS電晶體14及開關電路16～開關電路17、以恆定電流將電容器18充電放電的恆流電路10～恆流電路11，因此即使電路規模小，消耗電流小，也能夠不受電源電壓或溫度等的變動所影響而輸出恆定的頻率。
以上，已對本發明的實施方式進行了說明，但本發明並不限定於所述實施方式，可在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更。例如，即使將電路整體設為相對於電源端子及接地端子而反轉的結構也能夠運行，能夠獲得同樣的效果。在所述情形時，製成更換PMOS電晶體與NMOS電晶體的電路結構。
10、11、12:恆流電路（PMOS電晶體） 13、14、15:NMOS電晶體 16、17:開關電路（NMOS電晶體） 18、C1:電容器 20:偏壓電路 21、22、M2:NMOS電晶體 23:電阻 24、25、M1:PMOS電晶體 30、31、41、42、44:逆變器 43:帶隙恆壓電路 45:恆流源電路 46:恆流用偏壓產生電路 100:振盪電路 CLK、CLKB:信號 N1、N2:節點 VBGR:電壓 t1、t2、t3、t4:時刻 Vth 15:閾值 V1、V2:電壓 ΔVgs:電壓 400:振盪電路
圖1是表示本實施方式的振盪電路的方塊圖。 圖2是表示本實施方式的振盪電路的一例的電路圖。 圖3是表示本實施方式的振盪電路的動作的時序圖。 圖4是表示現有的振盪電路的方塊圖。
10、11、12:恆流電路(PMOS電晶體)
13、14、15:NMOS電晶體
16、17:開關電路(NMOS電晶體)
18:電容器
30、31:逆變器
100:振盪電路
CLK、CLKB:信號
N1、N2:節點

Claims (3)

  1. 一種振盪電路，其特徵在於包括： 電容器； 第一恆流電路，連接於第一電源端子與所述電容器的一端子之間； 第一開關電路，連接於所述電容器的另一端子與第二電源端子之間； 第二恆流電路，一端子連接於所述第一電源端子； 第一金屬氧化物半導體電晶體，閘極與汲極連接於所述第二恆流電路的另一端子，源極連接於所述電容器的另一端子； 第二金屬氧化物半導體電晶體，閘極與所述第一金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接，汲極連接於所述電容器的一端子； 第二開關電路，連接於所述第二金屬氧化物半導體電晶體的源極與所述第二電源端子之間；以及 輸出端子，輸出基於所述電容器的一端子的電壓的信號， 所述第一開關電路與所述第二開關電路通過所述輸出端子的信號與所述信號的反相信號來控制接通與斷開。
  2. 如請求項1所述的振盪電路，其特徵在於： 所述第一恆流電路及所述第二恆流電路包括： 偏壓電路；以及第三金屬氧化物半導體電晶體及第四金屬氧化物半導體電晶體，流通基於所述偏壓電路中所流通的電流的電流。
  3. 如請求項2所述的振盪電路，其特徵在於： 所述偏壓電路包括： 第五金屬氧化物半導體電晶體，將閘極與汲極連接，源極連接於所述第二電源端子； 第六金屬氧化物半導體電晶體，閘極與所述第五金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接，源極經由電阻連接於所述第二電源端子； 第七金屬氧化物半導體電晶體，汲極連接於所述第五金屬氧化物半導體電晶體的汲極，源極連接於所述第一電源端子；以及 第八金屬氧化物半導體電晶體，閘極與汲極連接於所述第六金屬氧化物半導體電晶體的汲極、所述第七金屬氧化物半導體電晶體的閘極以及所述第三金屬氧化物半導體電晶體及第四金屬氧化物半導體電晶體的閘極，源極連接於所述第一電源端子。
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