TW296510B - - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於共振器電路，特別是可在低電壓下應 用少數組件即可啓動及動作的共振器電路，因此所消耗的 功率較少。 共振器電路在電子工業中有極多的應用，以對電子電 路，如微處理器，正反器，閉鎖電路等提供時脈及其他計 時信號。基本上共振器電路產生介於第一電壓位準及第二 電壓位準之間的電子信號其依某預定的頻率振動。基本上 第一及第二電壓位準由作用至電路上的電壓位準決定，而 預定的頻率基本上由共振器電路，如晶體，諧振器，或串 連的RLC電路的諧振頻率決定。 t 一種建立共振器電路的一般方法乃是將一諧振器電路 跨過反相器電路並與之親合。有幾種反相器結構可用於完 成反相功能，比如使用推挽式反相器。基本上這些反相器 用於低功率中，因爲該類應用所需的功率約只有非推挽式 反相器的一半，而且不需承受非推挽式反相器的頻率限 制。 現請參考圖1，習知的共振器電路（10)裝配包含一 推挽式反相器電路（12)，其跨過諧振器電路且與之耦 合。諧振器電路1 4可爲諧振器，晶體，或一串電阻以電 感-電容（RLC>的形式使得諧振器電路14在預定頻率下 諧振（例如振盪頻率）。特別是諧振器電路1 4的形式例如 可爲一諧振器，其組件號碼爲GSA4.00MQ，爲 m u R a t a Erie 所生產》 共振器電路1 0亦包含一大電阻1 5，跨過諧振器·電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 A7 2〇65i〇 ________ _B7___ 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14並與之耦合，用於在啓動及正常操做時能設定靜止 狀態（quiescent condition)。電阻15的値例如可在 IMegohm 至 12Megohm之間。 反相器電路12包含一驅動階段，其含有P通道電晶體 18及N通道電晶體20。每一電晶體的閘極/控制電極與諧 振器電路I4的第一終端耦合，而每一電晶體的汲極（第一 載流電極）與諧振器電路14的第二終端相耦合，且傳送到 輸出終端16，在此提供輸出振盪器信號*電晶體18的源極 (第二載流電極）與加入操作電位VDD的第一電壓供應終端 相耦合，電晶體20的源極與於加入操作電位Vss的第一電

I 壓供應終端相耦合。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 一般諧振器電路14將反相器12於諧振頻率處的輸出 信號放大，而且將這些信號在回送至反相器12的輸入端。 反相器12提供180度的相位移及需要開始及維持振盪的增 益。如果適當的操作，共振器電路1〇在端16處提供輸出信 號，其中該共振器電路1〇在諧振器電路Μ的諧振頻率共 振且在VDD及Vss的電壓範圍內擺動。例如，如果電壓 VDD爲5伏特，電壓Vss爲0伏特，且諧振器電路14的諧 振頻率爲10MHz，則出現的信號將爲一頻率爲10MHz且 在〇到5伏之間擺動的共振（弦波形）信號。 然而，爲了適當的啓動，電晶體I8及20必需維持於· 動作狀態，則必需VDD及Vss之間的最小電壓差必需大於 或等於電晶體18(VTP18)及電晶體20(VTN20)的臨限値 的和。如式1中所表示者： -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2517公釐）

V A7 V A7 經濟、那中央標隼局員工消費合作社印製 B7_ 五、發明説明（3 ) V D D - V s s > V T P 1 8 + VTN20 (式 1) 例如如果臨限電壓VTP18及VTN20皆等於1.5伏， 則輸入電壓的電壓差必需至少爲3伏，在加上零點幾伏以 做爲適當起動之備用。此最小的電壓保証每一電晶體皆在 動作態。且在電晶體18及20之閘極處的電壓不會產生漂移 現象。因此，如果電壓差低於3伏，則將至少有一電晶體不 能動作且共振器電路10將不會因電源輸入而共振，然而此 最小電壓之需要已違反減少電子電路操作電壓源的一般趨 勢，乃因減低電壓可達成許多優點，如較長的電池壽命， 可使用較少的的電池及較少的功率耗損。 發明槪述 本發明的目的在於提供一包含反相器電路的共振器電 路，當適當啓動及動作時僅需相當低的輸入電壓。 -本發明的另一目的在於提供一輸入電壓相當低的反相 器電路，也因此所消耗的功率極低。 簡言之本發明提供一低電壓共振電路以提供一共振頻 率爲諧振器電路所決定的輸出信號》該共振器電路包含一 反相器電路其與諧振器電路的第一及第二端耦合。且包含 一電路其含第一及第二電晶體，此貳電晶體含有耦合到共 振器電路輸出及諧振器電路的第二端的共同之閘極。該第 一及第二電晶體的源極相對的耦合到第一及第二輸入電壓 端。第一電晶體的蘭極與諧振器電路的第一端耦合。該反 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------批衣------奸------.^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（4 ) 相器電路更包含耦合於諧振器電路之第一端及第二電晶體 的閘極的電壓位準偏移電路之改良，以偏移加在第二電晶 體閘極上相對於第一電晶體之閘極的電壓，因此可允許共 振器電路在相當低的輸入電壓下操作而仍可維持第一及第 二電晶體於動作態*另外電壓位準偏移電路耦合於諧振器 電路的第一端及第一電晶體的閘極之間，且第二電晶體的 閘極直接與諧振器電路的第一端耦合。 圖形簡述 圖1爲習知共振器電路裝配的詳細示意圖； t 圖2爲共振器電路的詳細示意圖，其中包含操作低輸 入電壓之反相器電路的第一實施例； 圖3爲共振器電路的詳細示意圖，其中包含操作低輸 入電壓之反相器電路的第二實施例； 圖4爲圖2之共振器電路的詳細示意圖，其中包含操作 開關狀態的電路； 圖形之詳細說明 現請參考圖2，其爲共振器電路30的詳細示意圖，其 中包含操作低輸入電壓之反相器電路31;圖2中與圖1相同 的組件以相同的數字表示。同於圖1中的反相器，圖2的反 相器31與諧振器電路I4相親合以在輸出端16處提供一信 號，該信號在爲諧振器電路Μ之諧振頻率所決定的預定頻 率下，於VDD及Vss的電壓之間共振。 -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^------t------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ， A7 B7 五、發明説明（5) 但是反相器31另外包含耦合於諧振器電路14及P通道 電晶體1 8的閘極之間的源極從動電晶體3 2，以允許反相器 3 1維持電晶體1 8及2 0於動作態（即甚至當v D D及V s s之間 的電壓差小於電晶體18(VTP18)及電晶體20(VTN20)的 臨限値的和時仍可適用）。特別是電晶體32含一與第一輸 入電壓端稱合的汲極，以接收操作電位Vss。電晶體的源 極32亦與電晶體之閘極耦合。最後，電晶體32的閘極 與諧振器電路14的第一端相耦合· 在操作時，相對於加到電晶體20之閘極的電壓位準， 電晶體3 2的作用在於經由電晶體3 2的臨限値，偏移（即減 低）加到電晶體1 8之閘極的電壓位準。此位準之偏移使得 電晶體18及20的操作範圍重叠，因此在此較低的輸入位準 下仍能動作。結果，VDD及Vss之間的最小電壓差（VDD-Vss)相對於圖1的共振器電路10減低源極從動電晶體32 的臨限値，如式2中所示： VDD - Vss > V T P 1 8 + VTN20 -VTN32 (式2) 現在請參考前文中的例子，如果所有的臨限直爲15 伏，則VDD及Vss之間的最小電壓差亦爲丨.5伏，此乃因 電晶體20的臨限値爲源極從動電晶體32的電壓所補償，如 示2中所見者。此爲圖1共振器電路10中所需要的最小電-壓差之半’因此已實質上減低成維持電晶體18及20動作 的功率輸入電壓位準，而且仍然保証共振器電路3〇適·當的 動作。 „ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I 裝 — — — —"I I I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（6 ) 在更一般的情況中，需要維持電晶體1 8及2 0皆動作 的VDD及Vss之間的最小電壓差爲電晶體18及20臨限電 壓的最大値，如式3中所示： VDD - Vss > Μ AX [ VTP18 + VTN20] (式3 ) 因此如果電晶體18的臨限電壓大於20的臨限電壓， 則V D D及V s s之間的最小電壓差可低到電晶體1 8的臨限電 壓加上一極小的超越値。此將保証電晶體18及20仍可動作 且可啓動共振並加以維持。此爲圖1之共振器電路之實値上 的，改進，在圖1之例中最小電壓差必需大於或等於電晶體 18(VTP18)及電晶體20(VTN20)的臨限値的和，如式1 中所表示者。因此本發明已提供一包含反相器的共振器電 路，其可在相當低的電壓位準下操作。 如上所示，相對於加到電晶體20之閘極的電壓，對電 晶體18之閘極提供電壓位準偏移的源極從動電晶體32減低 了反相器3 1所需的電壓輸入範圍。相對於加到電晶體18之 閘極的電壓，使用源極從動電晶體以對電晶體20的閘極提 供電壓位準偏移可得到相同得效應。現在請參考圖3，圖 3爲共振器電路的詳細示意圖，其中包含操作減低功率輸入 電壓之反相器電路（42)的另一實施例。圖3中與圖1相同的 組件以相同的數字表示。圖3中的反相器與圖2中的反相器_ 相同，唯其中的源極從動電晶體爲P通道電晶體，其將加 到電晶體2 0之閘極的電壓位準偏移（即增加）一電晶體4 2的 臨限電壓（VTP42)。 ’ -9 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X29*7公嫠〉 i n ^ I 11 n n 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局負工消費合作杜印製 ^^65i 〇 A7 _____B7 五、發明説明（7 ) 反相器41另外包含P通道源極從動電晶體42其含與第 一輸入電壓端耦合的源極，以接收操作電位VDD且含一 汲極其經由電流源4 4與第二輸入電壓端耦合，以接收操作 電位Vss。電晶體32的源極亦與電晶體20的閘極耦合。 最後電晶體42的閘極與諧振器電路14的第一端耦合。與圖 2之反相器31相同，維持圖3之電晶體18及20動作的VDD 及V s s之間的最小電壓差降低了源極從動電晶體4 2的臨限 値，如式4中所示，且電晶體18及20的臨限電壓的最大値 爲限制因素，一如圖3中所表示者。 , VDD - V s s > VTP18 + VTN20 -VTP42 (式4) 現請參考圖4，其爲圖2之共振器電路30的詳細示意 圖，該共振器電路中含操作開關狀態的電路；圖4中與圖1 及2相同的組件以相同的數字表示。圖4中的開關共振器 電路更包含P及N通道電晶體51及52 » P通道電晶體51與 接收操作電位VDD相耦合的源極，及與電晶體18之源極相 耦合的汲極。電晶體5 1的閘極耦合之後可接收致能控制 信號（EN)的補數（complement ENb)。N通道電晶體52 與接收操作電位Vss相耦合的源極，及與電晶體20之源極 相耦合的汲極。電晶體5 2的閘極耦合之後可接收致能控制 信號（EN)。 圖4中的電路更包含可切換電流源54，當電流源54致 能時，可對電晶體3 2提供偏壓電流。電流源5 4包含電晶 體56，其含與接收操作電位VDD相耦合的源極，及經電阻 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ ----------^------ir——„-----.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明（8 ) 58與電晶體60之閘極及汲極相鍋合的汲極。該電晶體56 的閘極與接收控制信號（ENb)相耦合，電晶體6〇的源極與 接收電壓Vss相耦合。電晶體62之閘極與電晶體6〇的閘極 相耦合。電晶體62之汲極與電晶體3 2的源極相耦合，且電 晶體62之源極與接收電壓Vss相耦合。 在操作時，虽控制爲邏輯之高位準時，則互 補控制信號ENb則爲邏輯之低位準，此時圖4的共振器電 路置於"on"態，其中電晶體51，52,及56動作，且如上述 圖2之電路操作。然而當控制信號EN爲邏輯之低位準時， 列互補控制信號ENb則爲邏輯之高位準，此時圖4的共振 器電路置於"off"態，而使電晶體18及20不動作。甚且電 晶體5 6不動作而關掉可切換電流源54，因此電晶體32也 不動作。 現在應知本發明已提供一可在低輸入電壓下啓動及操 作的嶄新共振器電路。此共振器電路包含一跨諧振器電路 之第二及第二端的反相器電路並與之耦合。本發明的電路 包含一有互補之P及N通道電晶體的推挽式驅動階段。每一 電晶體的共同汲極與諧振器電路14的第二端相耦合且提供 共振信號。P及N通道電晶體的源極與相對應的第一及第二 輸入電壓端耦合。第一電晶體的閘極與諧振器電路14的第 一端耦合。反相器電路更包含一電路|相對於作用到第一· 電晶體的電壓，其可經由一預定電壓，對第二電晶體之閘 極加上偏移電壓位準。此可產生使兩電晶體操作電壓範圍 相重疊的效應，且減低反相器電路維持兩電晶體動作所需 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n I I n I I 訂— — · 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7__ 五、發明説明（9 ) 要操作電壓範圍。 雖然本文中以說明某些較佳實施例及方法，但很顯然 的對於熟習本技術者可對上述說明的實施例及方法加以改 變及修改而不偏離本發明的精神及觀點。所以本發明僅受 下列申請專利範圍及相關的法規所限制。 ---------抑衣-------ΐτ--1----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. lp- ABCD 55件C1 號1 9555¾ 109¾ f1¾7 ml C之d R0C3I修II 5U 8 Hub 民(s 呈6 送99 11 17 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 κ、申請專利範圍 1. 一種共振器電路，其可提供預定頻率共振之信 號，該共振器電路包含一反相器電路，其跨諧振器電路的 第一及第二端並與之耦合，該反相器電路包含第一及第二 電晶體，兩電晶體含共同之汲極，此汲極與共振器電路的 輸出及諧振器電路的第二端相耦合，第一及第二電晶體的 源極耦合到相對應的第一及第二輸入電壓端，其中一電晶 體的閘極與諧振器電路第一端相耦合，其中包含下列改進： 耦合於諧振器電路的第一端及另一電晶體之閘極之間 的機構，相對於加到一電晶體之閘極的電壓，該機構可偏 移加到另一電晶體之閘極的電壓位準，因此可允許共振器 電路可在低輸入電壓下起動並操作，而仍可維持第一及第 二電晶體動作。 2 . 如申請專利範圍第1項的共振器電路，其中維持 第一及第二電晶體動作且加到第一及第二電壓端之間的最 小電壓差爲第一及第二電晶體臨限電壓的最大値。 3 · 如申請專利範圍第1項的共振器電路，其中該電 路機搆包含一有汲極，源極及閘極的Ν通道電晶體，該ν 通道電晶體的汲極及源極相對應地耦合於第一及第二輸入 電壓端之間，該Ν通道電晶體的源極耦合於第一電晶體的 閘極，且該Ν通道電晶體的閘極耦合於諧振器電路的第一 端。 4 . 如申請專利範圍第1項的共振器電路，其中該電 路機構包含一有汲極，源極及閘極的Ρ通道電晶體， 該Ρ通道電晶體的源極及汲極相對應地耦合於第一及 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） ^ 11 I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 296510 ll D8 六、申請專利範圍 第二輸入電壓端之間，該P通道電晶體的源極耦合於第二 電晶體的閘極，且該P通道電晶體的閘極耦合於諧振器電 路的第一端。 5. 如申請專利範圍第1項的共振器電路，更包含使 共振器電路交替開及關的機構。 6. —種共振器電路，其可包含可在低電壓下操作的一 反相器電路及一諧振器電路，該反相器電路跨諧振器電路 的第一及第二端並與之耦合，該反相器電路包含： 一推挽式輸出驅動階段，其包含第一及第二互補電晶 體，每一電晶體皆含汲極，源極及閘極，該第一及第二電 晶體的源極相對應地耦合於第一及第二輸入電壓端之間， 該第一及第二電晶體的汲極耦合於諧振器電路的第二端， 且該第二電晶體的閘極耦合於諧振器電路的第一端，·且 耦合於諧振器電路的第一端及該第一電晶體之閘極之 間的電壓位準偏移機構，相對於加到第二電晶體之閘極的 電壓，該機構可偏移加到第一電晶體之閘極的電壓位準。 Ί上如申請專利範圍第6項的共振器電路，其中維持 第一及第二電晶體動作且加到第一及第二電壓端之間的最 小電壓差爲第一及第二電晶體臨限電壓的最大値。 8 . 如申請專利範圍第6項的共振器電路，其中該電 壓位準偏移機構包含一源極隨從N通道電晶體。 9. 如申請專利範圍第6項的共振器電路，其中該電 壓位準偏移機構包含一源極隨從P通道電晶體。 10. 如申請專利範圍第6項的共振器電路，更包含使共振 器電路交替開及關的機構。 11. —種在低電壓下操作含一#入及一鍮出的推挽 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ2ςΐ7公釐） I I I、-坊— I I I 線 *· ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 式反相器電路，包含：第一及第二互補電晶體，該含 載流電極的第一電晶體耦合於反相器電路的輸出及第一輸 入電壓端之間，該含載流電極的第二電晶體耦合於反相器 電路的輸出及第二輸入電壓端之間，第一電晶體的控制電 極與反相器電路的輸入相耦合；且 耦合於反相器電路的輸入及第二電晶體控制電極之間 的電壓位準偏移電路，相對於加於第一電晶體之控制電極 的電壓，該電路可偏移加到第二電晶體之控制電極的電 壓，因此可允許兩電晶體可在低輸入電壓下動作。 12. 如申請專利範圍第11項的反相器電路，其中維持 第一及第二電晶體動作且加到第一及第二電壓端之間的最 小電壓差爲第一及第二電晶體臨限電壓的最大値》 13. 如申請專利範圍第11項的反相器電路，其中該電 壓位準偏移機構包含一源極隨從N通道電晶體， 可經由該N通道電晶體的臨界電壓，偏移第二電晶體 的控制電壓。 14. 如申請專利範圍第11項的反相器電路，其中該電 壓位準偏移機構包含一源極隨從P通道電晶體，可經由該P 通道電晶體的臨界電壓，偏移第二電晶體的控制電壓。 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — n I I I I 訂— 备 *、 .* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)