JPH03259604A - 発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 複数段のインバータを備えた発振回路に関し、最終段の
インバータの影響により微小信号を増幅するインバータ
の閾値電圧が変化しないようにして、安定した発振を行
わせることを目的とし、発振子が入力端、出力端に接続
される第１のインバータ回路と、該第１のインバータ回
路の出力に縦列に接続される複数の後段のインバータ回
路とを有し、前記第１のインバータ回路と、前記複数の
後段のインバータ回路の接地線とが分離されて接地電位
線に接続されているように構成する。

〔産業上の利用分野） 本発明は発振回路に関し、特に、複数段のインバータを
備えた発振回路に関する。

近年、様々なＬＳＩにおいて、発振回路が内蔵されてい
るが、このようなＬＳＩに内蔵して使用される発振回路
としては、複数段のインバータにより発振子（振動子：
水晶振動子）からの微少信号を増幅して発振を行わせる
ものが多用されている。そして、ＬＳＩに内蔵して使用
される発振回路に対しては、より安定した発振を行うこ
とが要望されている。

〔従来の技術〕

第３図は従来の発振回路の一例を示す回路図である。同
図に示されるように、この発振回路は、水晶振動子Ｘ、
該水晶振動子Ｘのそれぞれの端子と接地ＧＮＤとの間に
設けられたキャパシタＣ，，Ｃ，。

三段のインバータＩｔ、Ｉｚ、Ｉ３および抵抗器Ｒで構
成されている。すなわち、水晶振動子Ｘ、インバータ１
．および抵抗器Ｒは並列に接続され、これら並列接続さ
れた各端子と接地ＧＮＤパッドに接続された低インピー
ダンスの低電位の電源線Ｖｓｓ（ＬＳ　Ｉ内に環状に設
置された幅が約２０μｍ程度の基本的ＧＮＤ電位を示す
幹線）との間には、それぞれキャパシタＣ１およびＣ２
が設けられている。ここで、水晶振動子Ｘとキャパシタ
ＣＩおよびＣ２は、ＬＳＩの外部に設けられている。

インバータｈの出力は、インバータＩ２およびＩ、によ
って、順次反転されつつ増幅され、インバータＩ３から
所定のレベル（例えば、５ボルト）の発振信号が出力さ
れるようになされている。

ここで、インバータエ。の出力端と接地ＧＮＤとの間の
容量Ｃ０は、発振回路の出力における容量分である。

第４図は第３図の発振回路における各部分の信号波形を
示す図である。第４図（ａ）に示されるように、初段の
インバータｈで取り扱う信号のレベルは、水晶振動子Ｘ
の両端に生じる微小信号（微少電圧）であり、該インバ
ータｈの閾値電圧ｖｔｈよりも僅かに高電位または低電
位の信号である。この初段のインバータＩ、の出力（第
４図（ｂ）参照）は、次段のインバータＩ２に供給され
て、反転されると共に増幅される。

第４図（ｃ）に示されるように、インバータＩ２の出力
のレベルは、例えば、ＬＳＩのクロック信号等として使
用するのに十分なレベルまでは達していないので、イン
バータＩ２の出力は、最終段のインバータＩ、に供給さ
れて、反転されると共に増幅される。そして、第４図（
ｄ）に示されるように、最終段のインバータＩ、からは
、所定のレベル（例えば、５ボルト）まで増幅された発
振信号が出力されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、従来の発振回路は、例えば、三段のイ
ンバータＩ、、１．，１．により水晶振動子Ｘの発振信
号を増幅して所定レベルの発振信号を出力するようにな
されている。

ところで、第３図に示されるように、発振回路の出力に
は、容量Ｃ０が存在するが、発振回路の出力（最終段の
インバータＩ、の出力）が高しヘル（電源電位Ｖｃｃ：
例えば、５ボルト）から低レベル（低電位電源線Ｖｓｓ
の電位または接地電位ＧＮＤ　：例えば、０ボルト）へ
変化するとき（第４図（ｄ）の符号Ｐの個所を参照）、
容量Ｃ０に蓄えられた電荷（電流ｉ）は、最終段のイン
バータＩ、の接地線Ｇ３およびアルミニウム配線（例え
ば、幅３μｍ程度）の高インピーダンス配線Ｌ　：Ｉ、
　Ｌ　ｚ、　Ｌおよび低電位電源線Ｖｓｓを介して流れ
、ＧＮＤパッドへ到ることになる（第３図中の実線を参
照）。

このとき、最終段のインバータ■３の接地線Ｇ３および
アルミニウム配線Ｌ３．ＬＸを介して流れる電流は、ア
ルくニウム配＊Ｌ、を介して低電位電源線Ｖｓｓ（アー
スＧＮＤ）に流れるだけでなく、インバータｈの接地線
Ｇ、を介してインバータ■１に向かっても流れることに
なる。その結果、インバータ１１は信号の振幅が微少で
あるので該インバータｈの閾値電圧ｖｔｈを上昇させ（
第４図（ａ）の符号Ｐの個所を参照）ることになり、イ
ンバータＩ、の入力信号が全て闇値電圧ｖｔｈよりも低
いと認識されてしまい、該インバータｈの発振を停止さ
せてることがあった。換言すると、所定レベル（例えば
、５ボルト）の発振信号を出力する最終段のインバータ
■３の影響により微小信号を増幅する初段のインバータ
■１の閾値電圧ｖｔｈが変化して、発振回路の発振が停
止することがあった。

このように、従来の発振回路においては、複数段のイン
バータ！、、Ｉ、、１．の接地線Ｇ＋、Ｇｚ、Ｇｓが全
て共通に接続された後、低電位電源線Ｖｓｓ（アースＧ
ＮＤ）に接続されており、また、アルミニウム配線（Ｌ
ｌ）にも抵抗があるため、最終段のインバータＩ、の出
力が立ち下がる時、第３図中の実線だけでなく、破線で
示す方向（インバータ１、の方向）にも電流ｉが流れる
ため、微少信号を取り扱う初段のインバータＩ、の閾値
電圧ｖｔｈを上昇させてしまい、回路の発振不良を来す
ことになっていた。

本発明は、上述した従来の発振回路が有する課題に鑑み
、最終段のインバータの影響により微小信号を増幅する
インバータの闇値電圧が変化しないようにして、安定し
た発振を行わせることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、発振子Ｘが入力端、出力端に接続され
る第１のインバータ回路りと、該第１のインバータ回路
りの出力に縦列に接続される複数の後段のインバータ回
路■□Ｉ、とを有し、前記第１のインバータ回路１１と
、前記複数の後段のインバータ回路■□■３の接地線と
が分離されて接地電位線Ｖｓｓに接続されていることを
特徴とする発振回路が提供される。

〔作　用〕

本発明の発振回路によれば、第１のインバータ回路りの
接地線Ｇ１と、複数の後段のインバータ回路Ｉｚ、１．
の接地線Ｇｚ、Ｇ、とが分離されて接地電位線Ｖｓｓに
接続される。すなわち、各インバータｈ、Ｉｚ、Ｉｓの
接地線Ｇ、、（：、２．Ｇ、は、それぞれが取り扱う信
号レベルに応じて分離され、例えば、微少信号を増幅す
るインバータ■、の接地線Ｇ＋　と、所定レベルの発振
信号を出力する最終段のインバータ■、の接地線Ｇ３と
が分離されて接地電位線Ｖｓｓに接続される。ここで、
全てのインバータＩ、、Ｉ□Ｉ、の接地線Ｇ　Ｉ、　Ｇ
　ｚ　、Ｇ　３をそれぞれ分離して接地電位線Ｖｓｓに
接続するように構成することもできる。

これによって、最終段のインバータＩ、の影響により微
小信号を増幅するインバータｈの閾値電圧ｖｔｈが変化
しないようにすることができ、発振回路に安定した発振
を行わせることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る発振回路の一実施例
を説明する。

第１図は本発明に係る発振回路の一実施例を示す回路図
である。同図に示されるように、本実施例の発振回路は
、電源Ｖｃｃを５ボルトとし、水晶振動子Ｘ、該水晶振
動子Ｘのそれぞれの端子と接地ＧＮＤパッドに接続され
た低インピーダンスの低電位電源線Ｖ　ｓｓ　ＣＬＳＩ
内での基準低電位電源線であり、幅が２０μｍ程度と他
の配線よりもかなり太いものである）との間に設けられ
たキャパシタＣｌＩＣ□三段のインバータＩ＋、Ｉｚ、
Ｉｓおよび抵抗器Ｒで構成されている。すなわち、水晶
振動子Ｘ。

インバータ■、および抵抗器Ｒは並列に接続され、これ
ら並列接続された各端子と接地ＧＮＤとの間には、それ
ぞれキャパシタＣ１およびＣ！が設けられている。ここ
で、水晶振動子ＸとキャパシタＣＩおよびＣ２は、ＬＳ
Ｉの外部に設けられている。

この発振回路は、第３図に示す従来のものと同様の構成
を有している。

第１図に示されるように、インバータ１１の出力は、イ
ンバータＩ２およびＩ、によって、順次反転されつつ増
幅され、インバータ■、から所定のレベル（ここでは、
はぼ電源電圧である５ボルト）の発振信号が出力される
ようになされている。

ここで、初段のインバータｈの接地線Ｇ、二段目のイン
バータＩ２の接地線Ｇ２および最終段のインバー■、の
接地線Ｇ３とは、それぞれ分離されて直接に低電位電源
線Ｖｓｓに接続されている。

第２図は本発明に係る発振回路の他の実施例を示す回路
図である。

第２図に示されるように、インバータｈの出力は、イン
バータ■２および■、によって、順次反転されつつ増幅
され、インバータ■、から所定のレベル（ここでは、は
ぼ電源電圧である５ボルト）の発振信号が出力されるよ
うになされている。

ここで、初段のインバータ■１の接地線Ｇ１および二段
目のインバータ■２の接地線Ｇ２と、最終段のインバー
タ■３の接地線Ｇ３とは、分離して低電位電源線Ｖｓｓ
に接続されている。また、インバータＩ３の出力端と低
電位電源線Ｖｓｓとの間の容量Ｃ０は、発振回路の出力
における容量分である。

第１図および第２図に示す発振回路の実施例において、
発振回路の出力（最終段のインバータＩ。

の出力）が高レベル（電源電位Ｖｃｃ：例えば、５ボル
ト）から低レベル（接地電位ＧＮＤ：例えば、０ボルト
）へ変化するとき、容量Ｃ０に蓄えられた電荷（電流ｉ
）は、最終段のインバータＩ、の接地線Ｇ３を介して低
電位電源線Ｖｓｓに流れることになる。すなわち、本実
施例の発振回路における電流ｉは、低電位電源線Ｖｓｓ
それ自体配線幅がかなり太くて抵抗が小さく、電流を流
すための許容量が大きいので、第３図の発振回路のよう
に、細い配線であって抵抗が大きく、電流を流すための
許容量が小さな枝線（ＬｌやＧｌ）に低電位電源線Ｖｓ
ｓを介してインバータｈに向かって流れる電流はごく微
少であり、最終段のインバータＩ３の接地線Ｇ３を介し
て直ちに低電位電源線Ｖｓｓ（アースＧＮＤ）に落とさ
れることになる。その結果、最終段のインバータＩ３の
レベル変化によって、微少信号を扱う初段のインバータ
ｈの閾値電圧ｖｔｈが影響を受けることがなく、発振回
路は安定した発振を行うことになる。

以上において、第２図の発振回路では、初段のインバー
タｈの接地線Ｇ１と、二段目のインバータ■２の接地線
Ｇ２とは、共通のアルミニウム配線Ｌ１を介して低電位
電源線Ｖｓｓに接続されているが、これは、二段目のイ
ンバータ■２で扱う信号のレベルでは、初段のインバー
タＬが影響を受けて発振が停止するようなことがないか
らである。しかし、例えば、二段目のインバータＩ２の
出力が初段のインバータｈが影響を与える恐れがある場
合には、より一般的に、最終段よりも前のインバータが
初段のインバータの闇値電圧に影響を与える恐れがある
場合には、第１図に示されるように、初段のインバータ
Ｌの接地線Ｇ１と二段目のインバータ■２の接地線Ｇ２
（初段のインバータの闇値電圧に影響を与える恐れがあ
る最終段よりも前のインバータの接地線）とをそれぞれ
直接に低電位電源線Ｖｓｓに接続するように構成すれば
よい。

また、本発明の発振回路は、三段のインバータで構成さ
れる発振回路だけでなく複数段のインバータを有する発
振回路に対しても適用することができる。すなわち、各
インバータの接地線をそれぞれが取り扱う信号レベルに
応して分離することにより、同様の効果を得ることがで
きる。さらに、低電位電源線Ｖｓｓは複数であって、各
低電位電源線Ｖｓｓに対して１つのＧＮＤパッドを設け
て、前述の如く分離したインバータＩ、、　１．、１．
の接地線を各々に接続するように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明の発振回路は、微小信号
を増幅するインバータの接地線と、最終段のインバータ
の接地線とを分離することによって、最終段のインバー
タの影響により微小信号を増幅するインバータの闇値電
圧が変化しないようにして、安定した発振を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発振回路の一実施例を示す回路図
、 第２図は本発明に係る発振回路の他の実施例を示す回路
図、 第３図は従来の発振回路の一例を示す回路図、第４図は
第３図の発振回路における各部分の信号波形を示す図で
ある。 （符号の説明） Ｃ０・・・負荷容量、 Ｃ，、Ｃ，・・・キャパシタ、 Ｇ１・・・初段インバータの接地線、 Ｇ２・・・二段目のインバータの接地線、Ｇ、・・・最
終段インバータの接地線、ｈ・・・初段インバータ、 Ｉ２・・・二段目のインバータ、 Ｉ３・・・最終段インバータ、 Ｌ　Ｉ、　Ｌ　ｚ、　Ｌ　ｓ・・・アルミニウム配線、
Ｖｓｓ・・・低電位電源線、 ｖｔｈ・・・初段インバータの閾値電圧、Ｘ・・・水晶
振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発振子（Ｘ）が入力端、出力端に接続される第１の
   インバータ回路（Ｉ＿１）と、 該第１のインバータ回路の出力に縦列に接続される複数
   の後段のインバータ回路（Ｉ＿２、Ｉ＿３）とを有し、 前記第１のインバータ回路と、前記複数の後段のインバ
   ータ回路の接地線とが分離されて接地電位線（Ｖｓｓ）
   に接続されていることを特徴とする発振回路。 ２、前記複数の後段のインバータ内で、前記後段のイン
   バータ回路が取り扱う最大の振幅で動作するインバータ
   回路の接地線を、前記第１のインバータ回路と前記複数
   の後段のインバータ回路の接地線との接続線の接続から
   分離することを特徴とする請求項第１項に記載の発振回
   路。