JPS5854528B2 - ハツシンカイロ - Google Patents

ハツシンカイロ

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JPS5854528B2
JPS5854528B2 JP50012164A JP1216475A JPS5854528B2 JP S5854528 B2 JPS5854528 B2 JP S5854528B2 JP 50012164 A JP50012164 A JP 50012164A JP 1216475 A JP1216475 A JP 1216475A JP S5854528 B2 JPS5854528 B2 JP S5854528B2
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JP
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series
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insulated gate
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利雄 大浦
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下MO8
FETと略す)、特にデプレッション形MO8FETを
有し、発振周波数がデプレッション形MO8FETの特
性により決定さイ′する発振回路に関する。
従来、電子式卓上計算機等で用いられてきたMO8型大
規模集積回路(以下MO8LSIと略す)に内蔵されて
いるクロック発振回路を第1図に示す。
第1図においてQ1〜Q16はすべてエンハンスメント
形MO8FETであり、Q3.Q7.Q9゜Qs+ r
Ql3 s Ql6 、Ql8は負荷MO8FETで
あり、Ql・Q2・Q4・Q5・Q6・Q8・Qso・
Ql2・Q14.Ql5.Q17は駆動MO8FETで
ある。
1は外部端子でRはQl の負荷抵抗でコンデンサーC
の充電用抵抗である。
以下MO8FETがすべてPチャンネル型MO8FET
である場合について述べると、VGGは負の直流電源で
あり、Q1〜Q18はすべで負のスレッシュホールド電
圧を有している。
今Q1のゲート電極、つまりQl2のドレイン電極2が
L”レベルであると1はH”レベルになり、Q2 z
Q5はオフしQ2のドレイン電極は”L”レベルになり
、Q4はオンし、Q4のドレイン電極はH”レベルにな
り、Q6はオフ、Q8はオン、Qloはオフ、Ql□は
オンしてQl2のドレイン電極2つまりQlのゲート電
極は′H”レベルになり、Ql はオフするのでコンデ
ンサCに対して電荷が抵抗Rを通してVGGより充電さ
れる。
すなわち、CRの時定数で1の電位が”H”レベルから
L”レベルになろうとする。
1の電位がエンハンスメント形MO8FETのスレッシ
ュホールド電圧VTEのレベルになるまではQl5のゲ
ート電極はH”レベルとみなされ、Q14.Q、5のド
レイン電極はL”レベルであり、Q1□はオンし、出力
端子3は”H”レベルになる。
第2図は第1図で示した1の発振波形a及び出力端子3
の出力クロック波形すを示すものであり、第2図のT1
の時間に相当する動作をさきに述べた。
1の電位がVTRを越した時点でQt 5 G’!オン
し、Q17はオフし、クロック出力3は′L”レベルに
なる。
そして1の電位が2 VTR+JVTE (JVTE
二ソース電極にVTRのバンクゲート電圧力功口わった
場合のMOSFETのスレッシュホールド電圧の増加分
)のレベルになった時にQ6はオンし、Q8はオフ、Q
IOはオン、Ql2はオフし、Ql2のドレイン電極2
はL”レベルとなり、Ql はオンし、コンデンサーC
に充電された電荷はQ、を通して放電され、1の電位は
H”レベルになる。
そして再びQlがオフされる。
これが第2図のT2の時間に相当する動作である。
T1十T2が発振周期である。従来のクロック発振回路
によれば発振周波数はほぼ 0″”7 y 7 v −(/、)静電容量)(Rは負
荷抵抗の抵抗値 で表わされる。
つまり近似的にはVTRに反比例し、VGGに比例する
しかるに今般負荷MO8FETがデプレッション形MO
8FETであるE/D方式のMO8LSIの論理回路が
多く用いられており、これらE/D方式のMO8回路の
スイッチングスピードはほとんど負荷MO8FETに流
れ得る電流、すなわちデプレッション形MO8FETの
スレッシュホールド電圧VTDで決まる電流(ITDと
呼ぶことにする)のみによって決まり、上述のクロック
発振周波数を決める■TE、■GGには依存せず、IT
Dに比例する。
一般に電源電圧の変動、プロセスのバラツキ、温度変動
等に対しても常にスイッチングスピードがクロック発振
周波数で決まる周期より速いことが必要であるため、E
/D方式の回路を駆動するクロックを第1図の発振回路
により発生させた場合には、Iスイッチングスピードの
設定中心をクロック発振周波数の設定中心よりかなり速
くしなければならず、それだけ消費電力をむだに消費し
ているという欠点があり、E/DMO8LSIのメリッ
トo)一つの低消費電力というものに対し、そのメリッ
トを充分生かせないという欠点があり、超低消費電力化
の実現に対して大きな障害となっていた。
本発明の目的は、E/D方式のMO8LSI−に適した
クロック発振回路を提供することにある。
本発明の発振回路は、エンハンスメント形MO8FET
とゲート及びソースを共通接続したデプレッション形M
O8FETを直列接続した2ケの直列回路を含み、この
2ケの直列接続回路を電源間において出力端子で直列接
続し、この出力端子を入出力特性がヒステリシスを有す
るヒステリシス回路に接続し、このヒステリシス回路の
出力及びこの出力の逆極性信号をそれぞれ上記のエンノ
)ンスメント形MO8FETのゲートに印加し、更に出
力端子の出力信号により、コンデンサの充放電を行わせ
しめることを特徴とし、クロックパルス波形を得るには
、このコンデンサの充放電波形を波形整形回路に導入し
、所望の信号を得ることができる。
本発明の発振回路によれば、コンデンサの充放電時間が
デプレッションMO8FETのスレッシュホールド電圧
で定まる定電流によって決まるので、これによって生ず
るクロック発振周波数とE/DMO8LSIのスイッチ
ングスピードとを1対1の対応をさせることができる。
これによりスイッチングスピードの余裕をいたづらに多
く見込む必要がなく、従って消費電力をかなり少なくで
き、また占有面積の小さい論理ブロックを使用すること
が可能となり、低価格化が実現できる。
以下詳細に本発明を実施例について説明する。
第3図は本発明の一実施例で4は入出力特性がヒステリ
シスを有するヒステリシス回路、5はインバーター、6
は発振端子、7は波形整形回路、VGGは負の直流電源
、Cはコンデンサー、Q19.及びQ2□はデプレッシ
ョン形MO8FETであり、それぞれゲート電極がソー
ス電極に接続されている。
Q20 及ヒQ2□はエンハンスメント形MO8FET
であり、それぞれQlg = Q22に対してON時の
抵抗が無視できる位の大きさを有する駆動MO8FET
である。
従ってQ20がオンした時のQ19とQ20の直列抵抗
はほとんどQtoの抵抗に等しい。
またQ21かオンした時のQ2□とQ2□の直列抵抗は
ほとんどQ22の抵抗に等しい。
第4図はヒステリシス回路4の入出力特性を示すもので
ある。
ヒステリシス回路4は周知の回路を用いればよい。
いまヒステリシス回路4の出力が”H”レベルになって
いたとすると5の出力は”L”レベルとなり、Q20は
オン、Q21はオフし、コンデンサーCに充電されてい
た電荷はQ19で制限される定電流性の電流すなわちデ
プレッション形MCAFETのスレッシュホールド電圧
(以下VTDと略す)によって定まる電流により放電さ
れ、6の電位は”L”レベルから”H”レベル(GND
レベル)になロウトする。
この時の放電時間はVTDによって決定される電流IT
Dに反比例する。
6のレベルが第4図に示ス■1のレベルになった時にヒ
ステリシス回路4の出力は反転し”L”レベルになり、
Q2□はオンし、5の出力はH”レベルになり、Q2o
はオフする。
従ってQ22で制限される定電流性の電流、すなわちV
TDによって決まる電流により充電される。
従って充電時間はITDに反比例する。コンデンサーC
が第4図の■2のレベルになった時にヒステリシス回路
4の出力は“H”レベルになり、Q21はオフし、5は
L”レベル、従ってQ20はオンし、コンデンサーCは
再びQ20 s Q19を通して放電される。
以上の繰り返しにより発振が継続される。
第5図aは6での発振波形を示す。第6図は7の波形整
形回路の入出力特性を示すもので、■3は第4図で示し
た■1と■2のほぼ中点とする。
第5図のbは第5図aの発振波形を波形整形回路7に入
力することにより出力されるクロックφの波形を示すも
のである。
またヒステリシス回路及びインバーターのスイッチング
時間がコンデンサーの充放電時間に対し無視できる程度
のものを使用することは勿論であり、こうすることは当
然可能である。
以上のようにクロックの発振周期はコンデンサーCの充
電時間及び放電時間の和であるのでクロック発振周波数
はデプレッション形MO8FETのスレッシュホールド
電圧VTDによって決まる電流ITDに比例し、エンハ
ンスメント形MO8FETのスレッシュホールド電圧V
TRや電源電圧によってはほとんど変動しない。
すなわち、E/DMO8LSIに本発明の一実施例の発
振回路を内蔵することにより、E/DMO8LSIの論
理回路のスイッチングスピードとクロック発振周波数が
共にデプレッション形MO8FETのスレッシュホール
ド電圧VTDによって決まる電流ITDによって決まり
、l対1の対応性がある。
また温度特性も1対1の対応性があり、クロック発振周
波数の設定中心ニ対しE/DMO8LSIの論理回路の
スイッチングスピードの設定中心をわずかに速くしてお
けばよいのでかなりのむだな消費電力が不要となるので
超低消費電力のE/DMO8LSIを実現することがで
きる効果がある。
またスイッチングスピードを下げ得るので占有面積の小
さい論理ブロックを使用することができ、従ってE/D
MO8LSIのチップサイズが小さくなり、低価格なE
/D MO8LSIを提供できるという大きなメリット
がある。
また本発明の他の実施例として、第3図の回路における
Ql9とQ20を入れかえたもの、Q2□とQ2□を入
れかえたもの、Ql9とQ20 。
Q2□とQ22をそれぞれ入れかえた回路もあるが、動
作原理は第3図で示したものと同一である。
また第3図で示したインバータを必要とせず、ヒステリ
シス回路より逆相出力をとりだしても同じ動作をする。
また第3図のエンハンスメント形MO8FETQ2□を
省いた他の一実施例を第7図に示すが、この場合は第3
図で示したQlg s Q20− Q21 s Q22
がレシオレス回路になっているのと異なり、Q23jQ
24 s Q25がレシオ回路になっている。
8は第3図の4,9は第3図の5,11は第3図の7
、Q23は第3図のQl9 s Q24は第3図のQ2
0 s Q25は第3図のQ2□に相当する。
Q24のゲート電極が”L”レベルである時はQ24が
オンし、10の電位はQ25と、Q23及びQ24の抵
抗比によって決まる電位に向かって放電される。
この時レシオ回路なので直流電流がQ23 s Q24
s Q25を通して流れるので、消費電力が第3図の
発振回路に比較して太きいが、エンハンスメント形MO
8FETを1個省いているので、占有面積が小さいとい
う利点がある0放電時間及び充電時間はそれぞれデプレ
ッション形MO8FETQ23及びQ25に流れ得る定
電流性の電流、すなわちデプレッション形MO8FET
のスレッシュホールド電圧VTDによって決まる電流I
TDに反比例する。
従って発振周波数はITDに比例する。
また本発明の他の一実施例として第3図のQ20及びイ
ンバーターを省略した回路も第3図で説明したのと同様
な動作をするが、Q21がオンの時に、Ql9 j Q
21 j Q2□を通して直流的な電流が流れ、第3図
の回路に比較して消費電力が大きくなるが、占有面積は
小さいという利点がある。
以上いづれの実施例の場合も、発振周波数はデプレッシ
ョン形MO8FETのスレッシュホールド電圧VTDに
よって決まる電流に比例するのでE/DMO8LSIに
内蔵することにより、E/DMO8LSIの超低消費電
力化及び低価格化に犬なる効果を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のクロック発振回路、第2図は従来のクロ
ック発振回路の発振波形、第3図は本発明の一実施例の
クロック発振回路、第4図はヒステリシス回路の入出力
特性、第5図は本発明の一実施例のクロック発振回路の
発振波形とクロック波形、第6図は波形整形回路の入出
力特性、第7図は本発明の他の一実施例を示す回路図で
ある。 図ニオイてQ1〜Q18はエンノ)ンスメント形MO8
FET、Q3.Q7−Q9.Qll、Ql3.Ql6゜
Q18は負荷MO8FET、 Q)+ −Q2 、Q4
− Q5 、Qa。 Qs z Qlo z Ql2 s Ql4 s Ql
5 + Ql7は駆動MO8FET、1は外部端子、R
はQlの負荷抵抗、Cはコンデンサー、■GGは負の直
流電源、2はQ1□のドレイン電極、8,4はヒステリ
シス回路、5.9はインバータ、6は発振端子、I、1
1は波形整形回路、Qlg s Q2□、 Q23 、
Q25はデプレッション形MO8FET1Q2o、Q
21.Q24・・・はエンハンスメント形MO8FET
、φはクロックである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 人出力特性がヒステリシスを有するヒステリシス回
    路と、該ヒステリシス回路の出力により制御されるスイ
    ッチング手段と、該スイッチング手段の一端と第1の電
    源との間に直列に配されゲートおよびソースが共通接続
    されその閾値に対応した定電流を流しうる第1のデプレ
    ッション形絶縁ゲート電界効果トランジスタと、該スイ
    ッチング手段の他端と第2の電源との間に直列に配され
    ゲートおよびソースが共通接続されその閾値に対応した
    定電流を流しうる第2のデプレッション形絶縁ゲート電
    界効果トランジスタと、一端が上記スイッチング手段の
    出力端に接続した出力容量と、上記出力容量の一端のレ
    ベルを該ヒステリシス回路の入力に伝達する回路接続と
    を含み、上記出力容量の充電および放電の一方を上記第
    1のデプレッション形トランジスタを流れる定電流によ
    り行ない、上記充電および放電の他方を上記第2のデ゛
    プレッション形トランジスタを流れる定電流により行な
    うようにしたことを特徴とする発振回路。 2 人力信号の立上りにおける第1の電圧値以上で第1
    の出力レベルを発生し、入力信号の立下りにおける第2
    の電圧値以下で第2のレベルを発生する第1の手段と、
    該第1の手段の出力によって互いに相補的に導通が制御
    される第1および第2の絶縁ゲート型電界効果トランジ
    スタの直列接続体と、この直列接続体の一端に直列に配
    されたゲートおよびソースが共通接続されその閾値に対
    応した定電流を供給しうるデプレッション形の第3の絶
    縁ゲート電界効果トランジスタと、上記直列構成体の他
    端に直列に配されたゲートとソースが共通接続されその
    閾値に対応した定電流を供給しうるデプレッション形の
    第4の絶縁ゲート形電界効果トランジスタと、上記第3
    および第4のトランジスタを含む直列回路構成に電源を
    供給する回路手段と、上記第1および第2のトランジス
    タの接続点りレベルを上記第1の手段の入力に伝達する
    回路手段と、上記接続点に接続された静電容量とを含む
    ことを特徴とする発振回路。 3 人出力特性がヒステリシスを有するヒステリシス回
    路と、該ヒステリシス回路の出力を人力とスルインバー
    タ回路と、エンノ)ンスメント形絶縁ゲート電界効果ト
    ランジスタとゲート及びソース電極が共通接続されたデ
    プレッション形絶縁ゲート電界効果トランジスタとを直
    列接続した第1及び第2の直列回路と、出力容量とを含
    み、前記第1及び第2の直列回路を電源間にお(7)で
    第1の接続点で直列に接続し、前記ヒステリシス回路の
    出力を前記第1の直列回路の前記エンノ)ンスメント形
    絶縁ゲート電界効果トランジスタQ)ゲート電極に接続
    し、前記インバータ回路の出力を前記第2の直列回路の
    前記エンノ・ンスメン【形絶縁ゲート電界効果トランジ
    スタのゲート電極に接続し、前記第1の接続点を前記ヒ
    ステリシス回路の入力番こ接続し、更に前記第1の接続
    点に前記出力容量の一端を接続したことを特徴とする発
    振回路。
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