JPH0342528B2 - - Google Patents

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JPH0342528B2
JPH0342528B2 JP56137304A JP13730481A JPH0342528B2 JP H0342528 B2 JPH0342528 B2 JP H0342528B2 JP 56137304 A JP56137304 A JP 56137304A JP 13730481 A JP13730481 A JP 13730481A JP H0342528 B2 JPH0342528 B2 JP H0342528B2
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channel fet
fet
frequency divider
divider circuit
power supply
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JP56137304A
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K23/00Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains
    • H03K23/40Gating or clocking signals applied to all stages, i.e. synchronous counters
    • H03K23/42Out-of-phase gating or clocking signals applied to counter stages

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイナミツク分周回路に関する。従来
電子時計のようにCMOS LSIを用いる装置にお
いては、標準信号をつくるための発振器の発振周
波数が1MHz以上の時は高い周波数部の分周回路
としてダイナミツク分周回路を用いるのが一般的
であり、これによつて高速応答性と抵消費電力性
が得られていた。ダイナミツク分周回路と発振回
路との接続は第1図に示すものが一般的であつ
た。すなわち発振回路2の出力をインバータ4で
増幅し、増幅された出力をダイナミツク分周回路
8に与えていた。しかしながらこのような構成を
とるとインバータ4の貫通電流とダイナミツク分
周回路8の入力寄生容量16の充放電電流が無駄
な電流となつてしまう。そこで第2図に示すよう
に発振回路2とダイナミツク分周回路8とを直結
して発振回路出力を直接ダイナミツク分周回路8
に与える構成が考えられた。このように構成する
と第1図に於けるインバータ4の部分の無駄な電
流を除くと同時に寄生容量16を発振回路2の出
力容量に組み込めるため、寄生容量16の充放電
電流の無駄もなくすことが出来る。しかし、ダイ
ナミツク分周回路8の入力信号振巾が問題とな
る。
即ち、発振回路2の低消費電力化のため発振回
路用増幅器の増幅率を小さくしたり、電源電圧を
小さくしたりすると必然的に発振回路の出力振巾
が小さくなりその結果はダイナミツク分周回路の
動作不安をもたらしてしまう。第3図は一般の
1/Nダイナミツク分周回路の特性図で横軸は電
源電圧、縦軸は分周回路が正常動作するための最
低入力信号振巾を示している。特性曲線6は、分
周回路をある周波数の入力の分周に用いた場合で
あつてV字型をしている。分周回路に印加される
電源電圧VDDが変化してV字特性の先端が指す横
軸上の値を取る時、分周回路を動作させるのに必
要な最低入力信号振幅eINP-Pnioが極小になる。後
述のように、ダイナミツク分周回路は自走する性
質があり、自走周波数は電源電圧によつて異な
る。入力周波数を分周比で割つた周波数が自走周
波数の大きさであるような電源電圧の横軸位置
に、V字の先端が来る。電源電圧がその値の時に
は、上記のような入力周波数と自走周波数が整合
するから、必要な入力信号の振幅はV字の先端の
値でよい。電源電圧がこの値から左右に動くと自
走周波数が変化し、入力周波数と自走周波数の整
合がずれる。そのため必要な最低入力信号振幅が
急速に増加してV字特性となる。一方、電子時計
等の機器では、構成上入力信号振幅が電源電圧と
一定の関係にある場合がある。かりに入力信号振
幅が電源電圧に等しい場合と、入力信号振幅が電
源電圧の2分の1である場合について、入力信号
振幅を第3図に記入して見ると、2本の斜線
eINP-P=VDDおよびeINP-P=1/2VDDとなる。特性曲 線が示すようにダイナミツク分周回路は入力信号
振巾が電源電圧と等しい振巾を有している時は
V1からV4迄の電源電圧に対して応答するが、入
力信号振巾が電源電圧の1/2になると応答範囲は
V2からV3迄と非常に狭くなつてしまうことが判
つており、このような状況では実際に用いる電源
電圧に分周回路の応答する領域を合わせるのが困
難であり、又電源電圧の変動に対しても動作不安
が生じやすい。
そこで第4図のような回路構成によつて応答性
を改善することも考えられた。第4図において発
振回路2の出力はコンデンサ10,12で直流分
を除込され、ダイナミツク分周回路8のPチヤネ
ルFET入力PINとNチヤネルFET入力NINに別々
に入力される。バイアス回路14はPチヤネル
FET用バイアス信号とNチヤネルFET用バイア
ス信号をつくり高抵抗18,20を介してPIN
NINにそれぞれバイアス信号を与える。第5図は
一般の1/8ダイナミツク分周回路の例で、入力信
号源に結合されるPチヤネルFET22と同様に
結合されるNチヤネルFET24のゲート電極は
分離されている。第6図は第4図のバイアス回路
14の詳細図例で基準電流電源部26の基準電流
情報が電圧に変換されてカレントミラー部28か
ら出力される。基準電流部26は電源電圧変動に
対して安定であるため、VDDとPOUT間の電圧及び
VSSとNOUT間の電圧は電源電圧変動に対して安定
となる。従つて第5図のダイナミツク分周回路の
PチヤネルFET群22とNチヤネルFET群24
のゲートソース間電圧の直流分は電源電圧に対し
て安定となる。
その結果第4図の構成をとるとダイナミツク分
周回路の応答特性は第7図の曲線32,34,3
6のようになり、これらは同じ周波数で動作させ
たものである。特性曲線32,34,36は第6
図における抵抗30によつて選ばれ、該抵抗30
が最適値にセツトされた時に特性は曲線32とな
る。そして一般の特性曲線6よりもすぐれている
ことは明らかであるが、ダイナミツク分周回路の
低消費電力化、そのための低電源電圧化という面
では問題が残されている。
又、発振回路2の出力をHもしくはLに固定す
るとダイナミツク分周回路8は自走発振する。第
8図は縦軸を自走発振周波数、横軸を電源電圧と
したグラフである。自走周波数は電源電圧を上げ
ていくと急激に上昇して行きやがてなだらかに下
降する。この状況を第5図を用いて説明する。
FET群22,24は電源電圧VDDの変動に対し
て安定にバイアスされているため、GDDをスイー
プさせても流し得る電流はほとんど変化しない。
これに対しゲート電極が前段の出力端に接続され
ているPチヤネルFET群39及びNチヤネル
FET群40はゲートソース間電圧がVDDと共に変
化する。そこでVDDが大きな領域ではFET群3
9,40が流し得る電流はFET群22,24に
比べて十分大きい。従つてダイナミツク分周回路
の各段を流れる電流はFET22,24によつて
決定され、かつFET群22,24は定電流源的
に動作するので、VDDの増加につれてFET39,
40のゲート寄生容量の電荷が増加した分の充放
電に余分の時間がかかり、自走周波数はVDDの増
加とともにゆるやかに減少する。一方VDDが小さ
な領域ではFET群39,40が流し得る電流が
小さくなり、ダイナミツク分周回路の各段を流れ
る電流がFET群39,40によつて決定される
ようになるので、自走周波数はVDDが小さくなる
につれて急激に低くなる。第8図の点38から左
に向けて引いた水平線が縦軸と交わる点の自走周
波数fruoの分周比倍の入力周波数を分周させた場
合、ダイナミツク分周回路の応答特性は第9図の
ようになる。第8図の点38から垂直に下した破
線が横軸と交わる点の電源電圧VDDにおいては入
力周波数と自走周波数が整合しているから、第9
図に見るように必要な最小入力信号振幅eINP-Pnio
は非常に小さくてよい。このVDDがこの値から増
加して右に動くと、第8図のように自走周波数は
若干右下りになるものの、ほぼ平坦である。すな
わち入力周波数と自走周波数の整合がそれほど外
れない。従つて第9図のように、破線より右の
VDD範囲では最小入力信号振幅はあまり変化せ
ず、小さくてよいのである。しかしVDDが破線よ
り左に来ると、前述のように第8図にて自走周波
数が垂下する。従つて入力周波数と自走周波数の
差が開いて、必要な最小入力信号振幅が急造し、
第9図のようなL字型の特性になるのである。第
9図では特性曲線が1本示されているが、これは
第7図では特性曲線32に相当する。前述のよう
に、第6図のバイアス回路の抵抗30を調節して
バイアス電圧を変えると、特性曲線は第7図の3
4,36へと移動するが、これはバイアスを浅く
していつた場合である。バイアスを浅くすると分
周回路のFETのドレイン電流が減り、前述のゲ
ート寄生容量の電荷の充放電時間が延び、自走周
波数が低下する。すなわち第8図にて自走周波数
特性曲線が下方に平行的に移動する。入力周波数
が点38相当でそのままなら、入力周波数と自走
周波数が食い違つてくるため、第7図にて特性曲
線32だつたものが34,36のように上方、す
なわち必要な入力信号振幅が増える方向へ移動す
る。逆にバイアスを深くすると、第8図の特性曲
線が上方に移動し、当初、点38相当だつた入力
周波数は破線の左側の垂下部分で特性曲線と交わ
ることになり、最小入力信号振幅特性曲線は第9
図のようなL字型でなく、V字型に近い形が左端
にありV字右辺の上部から平坦部が右に伸びる特
性曲線となる。それでは第3図に示される従来の
V字型に近いことになる。前述のようにバイアス
回路の抵抗を調節して、第7図の特性曲線32の
状態で分週回路を動作させるのが、最も好ましい
のである。
実際の実施例では、CMOSFETのスレツシヨ
ルド電圧を0.3Vとし、4.1OMHzを分周させる条
件下では第8図の点38のVDDは約1.2Vであつ
た。又消費電力は分周回路のVDDを1.1Vとして1/
16分周器構成とした場合で約0.45.μwとなつてい
る。
しかしながら原振を32KHzとする腕時計用LSI
においては回路消費電力がすでに0.15μw程度に
なつており、上記ダイナミツク分周回路の消費電
力は大きすぎると言わざるを得ない。そこで消費
電力を下げるためにダイナミツク分周回路の電源
電圧を下げる必要が生じるが第8,9図に示すよ
うに現状では動作不安を起してしまう。又ダイナ
ミツク分周回路を構成するFETのスレツシヨル
ド電圧を一律に例えば0.1V位迄下げてしまえば
より低電圧でも作動するはずであるが、IC製作
プロセス上スレツシヨルド電圧のバラツキが激し
く動作不安、異常電流増等の悪影響が出てしま
う。
本発明は上記の諸問題点を解消するものでダイ
ナミツク分周回路の電源電圧をさらに下げるため
になされたものである。
以下本発明の実施例を前述の一般例による第5
図に基づき説明する。第5図に於いて、ゲート電
極が入力信号源に結合されるPチヤネルFET群
22及びNチヤネルFET群24のスレツシヨル
ド電圧は従来通りの値とし、ゲート電極が前段の
出力端に結合されるPチヤネルFET群39及び
NチヤネルFET群40のスレツシヨルド電圧を
FET群22,24のスレツシヨルド電圧よりも
小さく(デイプレツシヨン側に)設定したもので
ある。
このようにすると、第5図のFET群22,2
4の流し得る電流値よりもFET群39,40の
流し得る電流値が十分大きい領域が低電源電圧領
域迄及ぶため、自走周波数特性は第10図に示す
特性曲線42から44に改善され、それに伴つて
応答特性は第11図にい示す特性曲線46から4
8に改善される。又FET群39,40のスレツ
シヨルド電圧を例えば0.1Vに設定した場合はバ
ラツキが大きくなるが、FET群22,24のス
レツシヨルド電圧は比較的高目に設定してあるた
め貫通電流の生じる恐れは少ない。
又FET群22,24のスレツシヨルド電圧を
第6図のバイアス回路のFETのスレツシヨルド
電圧と同じに出来るので力トレンミラー動作も問
題ない。これはダイナミツク分周回路のFETの
スレツシヨルド電圧を一律に低くした場合との大
きな差である。
FET群22,24とFET群39,40とのス
レツシヨルド電圧を変えることは、不純物を選択
的にチヤネルドープする技術で容易に実現出来
る。
第12図は第5図の分周回路の他の実施例を示
す構成例でこのように構成を変えても効果に変り
はない。
以上述べたように本発明によればダイナミツク
分周回路を低電圧で用いることが出来、低消費電
力化に顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第4図は従来の発振回路のダ
イナミツク分周回路の接続図、第3図、第7図、
第8図、第9図は従来のダイナミツク分周回路の
特性図、第5図は従来例及び本発明の実施例を説
明するためのダイナミツク分周回路図、第6図は
第4図に用いるバイアス回路図、第10図、第1
1図は第5図の特性図、第12図は本発明の他の
実施例を示すダイナミツク分周回路図である。 22……第1のPチヤネルFET、39……第
2のPチヤネルFET、24……第1のNチヤネ
ルFET、40……第2のNチヤネルFET。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲート電極が入力信号源に結合される第1の
    PチヤネルFETと、ゲート電極が前段の出力端
    に結合される第2のPチヤネルFETと、ゲート
    電極が入力信号源に結合される第1のNチヤネル
    FETと、ゲート電極が前段の出力端に結合され
    る第2のNチヤネルFETとを電源線間に直列に
    接続し、前記第1もしくは第2のPチヤネル
    FETと前記第1もしくは第2のNチヤネルFET
    との接続点を出力端とする回路を複数段有するダ
    イナミツク分周回路において、 電源電圧の変動に関わらず電源電圧からのバイ
    アス幅が各一定である2種類のバイアス電圧を発
    生するバイアス回路を設け、これらのバイアス電
    圧を前記第1のPチヤネルFETおよび前記第1
    のNチヤネルFETのゲート電極にそれぞれ与え
    るとともに、 前記第2のPチヤネルFETと前記第2のNチ
    ヤネルFETには、スレツシヨルド電圧が前記第
    1のPチヤネルFETと前記第1NチヤネルFETの
    スレツシヨルド電圧よりもデイプレツシヨン側に
    あるものを配置したことを特徴とするダイナミツ
    ク分周回路。
JP13730481A 1981-09-01 1981-09-01 ダイナミツク分周回路 Granted JPS5839121A (ja)

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JPS5839121A JPS5839121A (ja) 1983-03-07
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS54155753A (en) * 1978-05-30 1979-12-08 Nippon Precision Circuits Cyclic pusle generator circuit

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