JPH0964701A - Cr発振器及びこれを用いた携帯装置 - Google Patents

Cr発振器及びこれを用いた携帯装置

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JPH0964701A
JPH0964701A JP7217066A JP21706695A JPH0964701A JP H0964701 A JPH0964701 A JP H0964701A JP 7217066 A JP7217066 A JP 7217066A JP 21706695 A JP21706695 A JP 21706695A JP H0964701 A JPH0964701 A JP H0964701A
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JP
Japan
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circuit
output
oscillator
resistor
capacitor
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JP7217066A
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Inventor
Keiichi Den
桂一 傳
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発振周波数が半導体装置製造時の特性ばらつ
きに依存されにくい回路構成のCR発振器にする。 【解決手段】 一端を第1の駆動回路の出力に接続され
た第1のコンデンサと、一端を第1の駆動回路と逆相の
出力タイミングで動作する第2の駆動回路の出力に接続
された第2のコンデンサと、第1及び第2のコンデンサ
の他端間に接続された抵抗と、抵抗の少なくとも一端に
接続された波形成形回路と、とを有し、波形成形された
信号を第1及び第2の駆動回路の入力に帰還し、第1及
び第2のコンデンサを前記抵抗を介して相互に充放電さ
せることにより発振を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCR発振器及びこれ
を用いた携帯装置に関し、詳しくは半導体集積回路化さ
れたCR発振器の回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】電池を電源として動作する万歩計や電子
体温計等の携帯装置では、発振周波数の精度は低くても
良いのでできるだけ装置を安くしたいという要望があ
り、外付け部品として高価な振動子等を使用するような
発振回路ではなく、安価に発振回路を構成できるCR発
振器を使用することが多い。
【0003】図4は従来のCR発振器の回路例を示し、
図5は図4の回路例の各点における動作波形を示す。
尚、図5に示す任意時間の発振波形において、図5
(a)(配線a3)の電圧が最低電圧の時を時間t50、
続く最高電圧の時を時間t51とし、以後再び電圧が最低
または最高になった時の時間を各々t52、t53・・とす
る。図4のCR発振器3は、インバータ32と、その出
力を更に反転するインバータ33とから構成されてい
る。インバータ32の入力には保護抵抗31が接続さ
れ、保護抵抗31とインバータ33の出力の間に接続さ
れたコンデンサ35と、保護抵抗31とインバータ32
の出力の間に接続された抵抗34とによって充放電回路
が形成されている。また、インバータ33の出力はバッ
ファ37を介して内部回路のクロックとなるCLKに接
続されている。
【0004】各図に基づいて発振動作について簡単に説
明する。まづ、例えば、図5に示す発振波形の時間t50
からt51では、図4の配線a3の電圧(図5(a)の波
形)はインバータ32の入力スレッショルド電圧(図5
のVT3)より低いので、図4の配線b3のインバータ3
2の出力電圧(図5(b)の波形)は”H”レベル、イ
ンバータ33の出力電圧は”L”レベルとなり、コンデ
ンサ35は抵抗34を介して充電される。充電が進んで
時間t51になると、配線a3の電圧がインバータ32の
入力スレッショルド電圧を越えるので、インバータ32
の出力は”L”レベル、インバータ33の出力は”H”
レベルにそれぞれ反転する。この時、コンデンサ35の
電荷は保存されるので、配線a3の電圧は図5(a)に
示すようにVT3+V3(V3≦電源電圧)の電圧に上昇す
る。
【0005】続いて、コンデンサ35の電荷は抵抗34
を介して徐々に放電され、時間t52になると、インバー
タ32の入力スレッショルド電圧を下回るので各インバ
ータの出力状態が再び反転して時間t50と同様な状態に
なる。以上の動作を繰り返すことにより発振が継続し、
この時の発振波形をバッファ34を介してクロック(C
LK)として内部回路へ供給する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CR発振器1は、抵抗34及びコンデンサ35による充
放電回路にインバータ32及び33の出力トランジスタ
のON抵抗が加算されることになり、ON抵抗の値がば
らつくと発振周波数がばらついてしまうという問題があ
る。一方、トランジスタのON抵抗は、半導体装置を製
造する時の不純物濃度やゲート幅、ゲート酸化膜厚等の
製造ばらつきによりスレッショルド電圧や能力係数等の
特性がばらつきやすいので、抵抗またはコンデンサを外
付けにして発振周波数を調整しなければ精度が出せない
という問題もある。また、ON抵抗を低減しようとすれ
ば、各インバータのチャネル幅とチャネル長の比を大き
くする必要があり、各インバータの素子面積が大きくな
って半導体装置のチップコストが高くなるという問題も
ある。
【0007】そこで本発明はこれらの問題を解決し、C
R発振器の発振周波数を半導体装置の製造時の特性ばら
つきに依存されにくい回路構成にすることを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに、請求項1の記載に係わるCR発振器は、一端を第
1の駆動回路の出力に接続された第1のコンデンサと、
一端を第1の駆動回路と逆相の出力タイミングで動作す
る第2の駆動回路の出力に接続された第2のコンデンサ
と、第1及び第2のコンデンサの他端間に接続された抵
抗と、抵抗の少なくとも一端に接続されて波形を成形す
る波形成形回路と、を有し、波形成形された信号を第1
及び第2の駆動回路の入力に帰還し、第1及び第2のコ
ンデンサを抵抗を介して相互に充放電させることにより
発振を行うことを特徴とする。また、請求項2の記載に
係わるCR発振器は、請求項1に記載の波形成形回路
は、抵抗の両端に接続されたバッファ回路と、前記バッ
ファ回路の出力を受けるラッチ回路とから構成されてい
ることを特徴とする。請求項3の記載に係わる携帯装置
は、請求項1または請求項2に記載のCR発振器を使用
し、電池を電源とすることを特徴とする。
【0009】本発明のような回路構成をとることによ
り、請求項1及び請求項2の記載に係わるCR発振器
は、発振周波数の精度が半導体装置製造時の特性ばらつ
きに依存され難くなる。また、請求項3の記載に係わる
携帯装置は、高価な発振子等の部品を使用しなくて済む
ようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
1、図2及び図3を参照しながら詳細に説明する。尚、
本明細書では全図面を通して同一または同様の回路要素
には同一の符号を付して説明を簡略化している。図1は
本発明によるCMOS構成のCR発振器の回路例を示
し、図2は図1の回路に電源電圧が印加されて発振を行
っている時の各部の模式的な動作波形を示す。尚、図2
に示す任意時間の発振波形において、図2(a)(配線
b1)の電圧が最低電圧の時を時間t0、続く最高電圧
の時を時間t1とし、以後再び電圧が最低または最高に
なった時の時間を各々t2、t3・・とする。
【0011】図1のCR発振器1は、一端を駆動回路と
してのバッファ回路11の出力に接続されたコンデンサ
13と、一端をバッファ回路11とは逆相の出力タイミ
ングで動作する駆動回路としてのインバータ回路12の
出力に接続されたコンデンサ14と、コンデンサ13及
び14の他端間に接続された抵抗15と、コンデンサ1
3の他端に接続された波形成形回路としてのバッファ回
路16とから構成され、バッファ回路16の出力はバッ
ファ回路11及びインバータ回路12の各入力に帰還さ
れるとともに、インバータ回路17を介して内部回路の
クロック信号となるCLKに接続されている。尚、バッ
ファ回路16の入力側には電源電圧以上の電圧印加を抑
制するために、電源電圧及び基準電位に対して保護ダイ
オードを付加する場合もある。
【0012】図1及び図2に基づいて発振動作について
説明する。時間t0からt1の間では、図1の配線b1
の電圧(図2(a)の波形)はバッファ回路16の入力
スレッショルド電圧(=VT1)より低く、図1のバッフ
ァ回路16の出力電圧(図2(c)の波形)は”H”レ
ベルとなるので、バッファ回路11の出力は”H”レベ
ルになるとともにインバータ回路12の出力は”L”レ
ベルとなる。従って、図1の配線c1の電圧(図2
(b)の波形)はバッファ回路16の入力スレッショル
ド電圧より高くなり、コンデンサ14の正電荷が抵抗1
5を介してコンデンサ13に向けて流れ、各コンデンサ
が充放電される。
【0013】各コンデンサの充放電が進んで時間t1に
なると、配線b1の電圧がバッファ回路16の入力スレ
ッショルド電圧を越えてバッファ回路16の出力は”
H”レベルとなり、バッファ回路11の出力は”H”レ
ベル、インバータ回路12の出力は”L”レベルにそれ
ぞれ反転する。この時、コンデンサ13及びコンデンサ
14の各電荷は電荷保存則によりそれぞれ保存されるの
で、配線b1は図2(a)に示すようにVT1+V1 (V
1 ≦電源電圧)の電圧になり、配線c1は図2(b)に
示すようにVT1−V1 の電圧になる。
【0014】続く時間t1からt2の間では、時間t0
からt1の間とは逆に、コンデンサ13の正電荷が抵抗
15を介してコンデンサ14に向けて流れて各コンデン
サが充放電され、時間t2で配線b1の電圧がバッファ
回路16の入力スレッショルド電圧を下回ると、バッフ
ァ回路16の出力状態が再び反転して時間t0と同様な
状態になる。以上の動作を繰り返すことにより発振が継
続し、この時の発振波形をインバータ回路17のCLK
出力を介して内部回路へ供給され、内部回路のクロック
信号となる。
【0015】尚、出力反転時の配線b1及びc1の電圧
範囲は、電荷保存則により原理的にはVT1±VDD(電源
電圧)の電圧範囲で変動するはずであるが、前述の保護
ダイオードによる電圧吸収やコンデンサ13及び14の
リーク電流及び出力トランジスタの電圧降下等の要因に
より、上述のようにVT1±V1 (V1 ≦電源電圧)の電
圧範囲で変動することになり、コンデンサ23及び24
と抵抗25による時定数で決定される発振周波数とは異
なってくる。ただし、従来のCR発振器で問題になった
出力トランジスタのON抵抗の影響がなくなり、主にコ
ンデンサ13及び14の容量値と抵抗15の精度、波形
成形回路の入力スレッショルド電圧等に依存だけになる
ので、半導体装置製造時の特性ばらつきによる発振周波
数のばらつきは従来の回路に比べて少なくなる。また、
バッファ回路11及びインバータ回路12の出力能力は
従来に比べて小さくしても良い。
【0016】図3は本発明の他の実施の形態例を示し、
CR発振回路2は、一端をバッファ回路21の出力に接
続されたコンデンサ23と、一端をバッファ回路21と
は逆相の出力タイミングで動作するインバータ回路22
の出力に接続されたコンデンサ24と、コンデンサ23
及び24の他端間に接続された抵抗25と、抵抗25の
両端に接続された波形成形回路26とから構成され、波
形成形回路26の一方の出力はバッファ回路21及びイ
ンバータ回路22の入力に帰還され、他方の出力は内部
回路のクロックとなるCLKに接続されている。バッフ
ァ回路21はNOR回路21aとその出力に接続された
インバータ回路21bとからなり、波形成形回路26は
抵抗25の両端にそれぞれ接続されたヒステリシス特性
を有するインバータ回路26a及び26bと、各々の出
力にRSラッチ構成で接続されたNOR回路26c及び
26dとからなる。また、発振を停止させるための発振
停止入力STが、インバータ回路28、NOR回路21
a及び26aの入力に各々接続され、インバータ回路2
8の出力はPMOSトランジスタ29のゲートに接続さ
れている。PMOS29は、ドレインがインバータ回路
26bの入力に接続され、ソースが電源電圧に接続され
たている。
【0017】上述の回路構成により、発振停止入力ST
が”L”のときは図1のCR発振回路1と同様な動作に
より発振を継続し、発振停止入力STが”H”のときは
配線b1及びc1を”H”に固定して発振を停止する。
発振動作の詳細な説明は図1の場合と同様なので省略す
る。尚、本発明のCR発振器では、各コンデンサ及び抵
抗を半導体装置の内部に内蔵しても構わないし、コンデ
ンサまたは抵抗を外付けにして、発振周波数を調整でき
るようにしても良い。また、発振回路での消費電流をで
きるだけ小さくするには、入力スレッショルド電圧付近
の電圧が入力されて貫通電流が流れる波形成形回路の入
力回路のON抵抗を大きくする方が良く、各コンデンサ
につながる寄生容量のばらつきを少なくするためには、
発振停止のためのトランジスタは抵抗の両端に各々接続
する方が良い。更に、波形成形回路及び発振停止回路
は、図1及び図3の回路に限定されるものではなく、同
様の機能を実現できる回路方式ならば何でも良い。
【0018】また、本発明のCR発振器では、抵抗の両
端の電圧が逆方向に変化するので、レイアウト配置的な
工夫により急激な電圧変化による不要輻射や電源ノイズ
等をキャンセルしやすくなり、セットでの不要輻射対策
が簡単になる。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、請求項1
及び請求項2の記載に係わるCR発振器は、発振周波数
の精度が半導体装置製造時の特性ばらつきに依存され難
くなるので、容易にCR発振器を使用することができ、
半導体のチップコストを低減しやすいという効果があ
る。また、請求項3の記載に係わる携帯装置は、高価な
発振子等の部品を使用しなくて済むようになるので、装
置単価を安価にすることができるようになるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例を示す回路図、
【図2】本発明の実施の形態例の動作波形を示す説明
図、
【図3】本発明の他の実施の形態例を示す回路図、
【図4】従来の回路例を示す回路図、
【図5】従来の回路例の動作波形を示す説明図である。
【符号の説明】
1 :CR発振器 11、12:駆動回路 13 :第1のコンデンサ 14 :第2のコンデンサ 15 :抵抗 16 :波形成形回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端を第1の駆動回路の出力に接続され
    た第1のコンデンサと、一端を第1の駆動回路と逆相の
    出力タイミングで動作する第2の駆動回路の出力に接続
    された第2のコンデンサと、第1及び第2のコンデンサ
    の他端間に接続された抵抗と、前記抵抗の少なくとも一
    端に接続されて波形を成形する波形成形回路と、を有
    し、波形成形された信号を前記第1及び第2の駆動回路
    の入力に帰還し、第1及び第2のコンデンサを前記抵抗
    を介して相互に充放電させることにより発振を行うこと
    を特徴とするCR発振器。
  2. 【請求項2】 前記波形成形回路は、前記抵抗の両端に
    接続されたバッファ回路と、前記バッファ回路の出力を
    受けるラッチ回路とから構成されていることを特徴とす
    る請求項1に記載のCR発振器。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のCR発
    振器を使用し、電池を電源とすることを特徴とする携帯
    装置。
JP7217066A 1995-08-25 1995-08-25 Cr発振器及びこれを用いた携帯装置 Pending JPH0964701A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008066930A (ja) * 2006-09-06 2008-03-21 Kawasaki Microelectronics Kk 発振回路
CN102364878A (zh) * 2011-10-26 2012-02-29 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 大范围线性可调延时电路
US10560077B2 (en) 2017-08-30 2020-02-11 Toshiba Memory Corporation CR oscillator

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JP2008066930A (ja) * 2006-09-06 2008-03-21 Kawasaki Microelectronics Kk 発振回路
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