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JP2013150033A - Voltage controlled oscillator - Google Patents

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JP2013150033A
JP2013150033A JP2012006781A JP2012006781A JP2013150033A JP 2013150033 A JP2013150033 A JP 2013150033A JP 2012006781 A JP2012006781 A JP 2012006781A JP 2012006781 A JP2012006781 A JP 2012006781A JP 2013150033 A JP2013150033 A JP 2013150033A
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JP
Japan
Prior art keywords
terminal
voltage
transistor
oscillation
controlled oscillator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012006781A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Jinushi
活也 地主
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Seiko NPC Corp
Original Assignee
Seiko NPC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko NPC Corp filed Critical Seiko NPC Corp
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage controlled oscillator which can be made to start oscillating easily by controlling the voltage applied to a voltage variable capacitive element and which operates stably without having to increase its circuit area.SOLUTION: The voltage controlled oscillator includes an oscillation inverter 1, a crystal vibrator 2, capacitors 3 and 4, an output terminal 31, a control voltage application terminal 12, voltage variable capacitive elements 7 and 8, and bias resistors 5 and 6. At a midpoint of the bias resistor 6 between the control voltage application terminal 12 and the capacitor 4/voltage variable capacitive element 8 is connected a PMOS transistor 15 which constitutes a boot signal generation circuit. This transistor 15 is on/off controlled as a control voltage (VC) is applied to the capacitive element, whereby its capacitance value is reduced. The transistor 15 can be controlled by an oscillation detection circuit 20 between the output terminal of the inverter 1 and the gate of the transistor 15.

Description

本発明は、発振起動がし易く、かつ回路面積を増大させずに安定的に動作する電圧制御型発振器に関するものである。   The present invention relates to a voltage controlled oscillator that is easy to start oscillation and that operates stably without increasing the circuit area.

従来の電圧制御水晶発振器(VCXO:Voltage Controlled Xtal
Oscillator)を図5にその一例を示す。
第1の直流カット容量104の一方の端子が発振インバータ101の入力端子113に接続され、第2の直流カット容量103の一方の端子が発振インバータ101の出力端子112に接続され、第1の直流カット容量104の他方の端子が水晶振動子102の第1の端子111に接続され、第2の直流カット容量103の他方の端子が水晶振動子102の第2の端子110に接続されている。第1の電圧可変容量素子(バリキャップダイオード)108の一方の端子は、水晶振動子102の第1の端子111に接続されている。第2の電圧可変容量素子(バリキャップダイオード)107の一方の端子は、水晶振動子102の第2の端子110に接続されている。
Conventional voltage controlled crystal oscillator (VCXO)
An example of the oscillator is shown in FIG.
One terminal of the first DC cut capacitor 104 is connected to the input terminal 113 of the oscillation inverter 101, one terminal of the second DC cut capacitor 103 is connected to the output terminal 112 of the oscillation inverter 101, and the first DC cut capacitor 104 is connected. The other terminal of the cut capacitor 104 is connected to the first terminal 111 of the crystal resonator 102, and the other terminal of the second DC cut capacitor 103 is connected to the second terminal 110 of the crystal resonator 102. One terminal of the first voltage variable capacitance element (varicap diode) 108 is connected to the first terminal 111 of the crystal unit 102. One terminal of the second voltage variable capacitance element (varicap diode) 107 is connected to the second terminal 110 of the crystal unit 102.

第1の電圧可変容量素子108及び第2の電圧可変容量素子107の他方の端子は、接地電位(VSS)に接続されている。発振インバータ101は、その入出力端子間に帰還抵抗109を並列接続している。
周波数制御電圧は、第1のバイアス抵抗106を介して、水晶振動子2の第1の端子111と第1の電圧制御可変容量素子108の一方の端子間に入力され、また、第2のバイアス抵抗105を介して、水晶振動子102の第2の端子110と第2の電圧可変容量素子107の一方の端子間に入力される。
The other terminals of the first voltage variable capacitor 108 and the second voltage variable capacitor 107 are connected to the ground potential (VSS). The oscillation inverter 101 has a feedback resistor 109 connected in parallel between its input and output terminals.
The frequency control voltage is input between the first terminal 111 of the crystal resonator 2 and one terminal of the first voltage control variable capacitance element 108 via the first bias resistor 106, and the second bias The voltage is input between the second terminal 110 of the crystal resonator 102 and one terminal of the second voltage variable capacitance element 107 via the resistor 105.

特許文献1には、発振起動性を確保しつつ、発振周波数の可変幅が大きい電圧制御発振器が開示されている。検出回路によって、発振信号が所定の振幅値となり、発振動作が初期状態から定常状態へと移行したことを検出して、PチャネルMOSトランジスタTrをオンとして水晶振動子XLとバリキャップダイオードCVとのなす直列回路にキャパシタCAを直列に接続する。初期状態では負荷容量を小さくして水晶振動子の低振幅動作化に対応するための発振増幅部のコンダクタンスgmの低下分を相殺し、良好な発振起動性を維持するために必要な負性抵抗が得られ、定常状態ではバリキャップダイオードCVの効果を大きくして発振周波数の変化幅を大きくすることができる。 Patent Document 1 discloses a voltage controlled oscillator having a large variable range of oscillation frequency while ensuring oscillation startability. The detection circuit detects that the oscillation signal has a predetermined amplitude value and the oscillation operation has shifted from the initial state to the steady state, and turns on the P-channel MOS transistor Tr to turn on the crystal resonator XL and the varicap diode CV. A capacitor CA is connected in series to the series circuit formed. In the initial state, the negative resistance necessary for reducing the load capacitance and canceling the decrease in the conductance gm of the oscillation amplifier to cope with the low-amplitude operation of the crystal resonator and maintaining good oscillation startability In a steady state, the effect of the varicap diode CV can be increased to increase the variation range of the oscillation frequency.

特許文献2には、起動時間を著しく短くすることができ、かつ起動時の消費電力が特に増大することもなく、間欠的な動作に適する水晶発振器が開示されている。この発振器は水晶振動子の負荷容量を可変するバリキャップダイオードを有し、電源投入直後はバリキャップダイオードに定常状態よりも高い電圧を印加するように構成されている。   Patent Document 2 discloses a crystal oscillator that can significantly shorten the startup time and that is suitable for intermittent operation without particularly increasing the power consumption during startup. This oscillator has a varicap diode that changes the load capacity of the crystal resonator, and is configured to apply a voltage higher than that in a steady state to the varicap diode immediately after power-on.

特開2002−344242号公報JP 2002-344242 A

特開2001−24435号公報JP 2001-24435 A

従来の電圧制御型発振器は発振器のCG、CD容量値をトランジスタスイッチを用いて、接続、切断を行なっていたが、スイッチのオン抵抗を下げるためにはトランジスタのサイズを大きくする必要がある。特許文献1では使用されているバリキャップダイオードと負荷容量制御機構は別々に存在し、発振起動時には負荷容量制御機構が発振器を制御している。発振検出回路を使った起動時の容量設定も記載されている。
また、バリキャップダイオードへの印加電圧を制御をすることは特許文献2に記載されている。
Conventional voltage-controlled oscillators use a transistor switch to connect and disconnect the CG and CD capacitance values of the oscillator. However, in order to reduce the on-resistance of the switch, it is necessary to increase the size of the transistor. In Patent Document 1, the varicap diode and the load capacity control mechanism used separately exist, and the load capacity control mechanism controls the oscillator when starting oscillation. Capacitance settings at startup using the oscillation detection circuit are also described.
Patent Document 2 describes that the voltage applied to the varicap diode is controlled.

しかしながら、特許文献2の水晶発振器は、加算回路を使用しており、その結果、次のような影響がある。アンプのノイズが影響し、バリキャップダイオードにノイズが乗ると直ぐ位相ノイズとして出てくる。印加範囲が狭く、発振が安定したあとは、バリキャップダイオードに印加する電圧は、オペアンプの飽和出力電圧に制約され出力電圧の範囲が狭くなる。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、電圧可変容量素子への印加電圧を制御して、発振起動がし易く、かつ回路面積を増大させずに安定的に動作する電圧制御型発振器を提供するものである。
However, the crystal oscillator of Patent Document 2 uses an adder circuit, and as a result, has the following effects. When the noise of the amplifier affects the varicap diode, it appears as phase noise. After the application range is narrow and the oscillation is stabilized, the voltage applied to the varicap diode is restricted by the saturation output voltage of the operational amplifier, and the output voltage range becomes narrow.
The present invention has been made under such circumstances, and controls the voltage applied to the voltage variable capacitance element to easily start oscillation and stably operate without increasing the circuit area. An oscillator is provided.

本発明の電圧制御型発振器は、発振インバータと、水晶振動子と、一方の端子が前記発振インバータの入力端子に接続され、他方の端子が前記水晶振動子の第1の端子に接続された第1の直流カット容量と、一方の端子が前記発振インバータの出力端子に接続され、他方の端子が前記水晶振動子の第2の端子に接続された第2の直流カット容量と、制御電圧入力端子と、一方の端子が前記第1の端子に接続され、他方の端子が接地電位に接続された第1の電圧可変容量素子と、一方の端子が前記第2の端子に接続され、他方の端子が前記接地電位に接続された第2の電圧可変容量素子と、前記第1の端子と前記第1の電圧可変容量素子の一方の端子との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第1のバイアス抵抗と、前記第2の端子と前記第2の電圧可変容量素子の一方の端子との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第2のバイアス抵抗とを具備し、前記第1バイアス抵抗もしくは第2バイアス抵抗の中間点にブート信号発生回路を構成するトランジスタを接続して、前記電圧可変容量素子の容量を小さくすることを特徴としている。前記トランジスタは、バイポーラトランジスタもしくはMOSトランジスタであってもよい。前記電圧可変容量素子が電圧を印加すると容量が小さくなる素子の場合は、前記トランジスタにPMOSトランジスタを用い、前記電圧可変容量素子が電圧を印加すると容量が大きくなる素子の場合は、前記トランジスタにNMOSトランジスタを用いても良い。   The voltage controlled oscillator according to the present invention includes an oscillation inverter, a crystal resonator, one terminal connected to the input terminal of the oscillation inverter, and the other terminal connected to the first terminal of the crystal resonator. 1 DC cut capacitor, one terminal connected to the output terminal of the oscillation inverter, the other terminal connected to the second terminal of the crystal resonator, and a control voltage input terminal A first voltage variable capacitance element having one terminal connected to the first terminal and the other terminal connected to a ground potential; one terminal connected to the second terminal; and the other terminal Is connected to the ground potential, one end is connected between the first terminal and one terminal of the first voltage variable capacitor, and the other end is connected to the control voltage. A first bias resistor connected to the input terminal; A second bias resistor having one end connected between the second terminal and one terminal of the second voltage variable capacitance element and the other end connected to the control voltage input terminal; A transistor constituting a boot signal generation circuit is connected to an intermediate point of the first bias resistor or the second bias resistor to reduce the capacitance of the voltage variable capacitance element. The transistor may be a bipolar transistor or a MOS transistor. A PMOS transistor is used as the transistor when the voltage variable capacitor is a device whose capacitance is reduced when a voltage is applied, and an NMOS is used as the transistor when the voltage variable capacitor is a device whose capacity is increased when a voltage is applied. A transistor may be used.

本発明の電圧制御型発振器は、発振起動がし易く、かつ回路面積を増大させずに安定的に動作することができるものである。   The voltage controlled oscillator according to the present invention is easy to start oscillating and can operate stably without increasing the circuit area.

実施例1に係る電圧制御型発振器の回路ブロック図。1 is a circuit block diagram of a voltage controlled oscillator according to Embodiment 1. FIG. 実施例2に係る電圧制御型発振器の回路ブロック図。FIG. 6 is a circuit block diagram of a voltage controlled oscillator according to a second embodiment. 図2に記載された電圧制御型発振器に組み込まれた発振検出回路の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of an oscillation detection circuit incorporated in the voltage controlled oscillator described in FIG. 2. 図2に係る電圧制御型発振器の各部(A−D)の信号波形図。The signal waveform diagram of each part (AD) of the voltage controlled oscillator which concerns on FIG. 従来の電圧制御型発振器の回路図。The circuit diagram of the conventional voltage control type | mold oscillator.

電圧制御型発振器は、一般に負荷容量としてのCG、CD容量に、例えば、バリキャップダイオードなどの電圧可変容量素子を使用し、外部より電圧を印加する端子と抵抗でCG、CD容量と接続された構造を有している。本発明の電圧制御型発振器は、このような構造において、抵抗の中間点にトランジスタを追加することによって、CG、CD容量が最小となる電圧を印加できるようにしている。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
Voltage controlled oscillators generally use voltage variable capacitance elements such as varicap diodes as CG and CD capacities as load capacities, and are connected to CG and CD capacities by terminals and resistors for applying voltage from the outside. It has a structure. In the voltage controlled oscillator according to the present invention, in such a structure, a transistor having a minimum CG and CD capacitance can be applied by adding a transistor to the middle point of the resistor.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.

図1を参照して実施例1を説明する。
図1に記載された電圧制御型発振器は、発振インバータ1と、水晶振動子2と、一方の端子が発振インバータ1の入力端子に接続され、他方の端子が水晶振動子2の第1の端子(XIN)11に接続された第1の直流カット容量4と、一方の端子が発振インバータ1の出力端子に接続され、他方の端子が水晶振動子2の第2の端子(XOUT)10に接続された第2の直流カット容量3と、制御電圧印加端子12と、一方の端子が第1の端子11に接続され、他方の端子が接地電位に接続された第1の電圧可変容量素子8と、一方の端子が第2の端子10に接続され、他方の端子が接地電位に接続された第2の電圧可変容量素子7と、第1の端子11と第1の電圧可変容量素子8の一方の端子との間に一端が接続され、他端が制御電圧印加端子12に接続された第1のバイアス抵抗6と、第2の端子10と第2の電圧可変容量素子7の一方の端子との間に一端が接続され、他端が制御電圧印加端子12に接続された第2のバイアス抵抗5と、出力端子31とを具備し、前記第1バイアス抵抗6もしくは第2バイアス抵抗5の中間点にブート信号発生回路を構成するトランジスタ15を接続している。このトランジスタにはバイポーラトランジスタもしくはMOSトランジスタを用いることができる。この実施例ではPMOSトランジスタを用いている。
Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
The voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 includes an oscillation inverter 1, a crystal resonator 2, one terminal connected to the input terminal of the oscillation inverter 1, and the other terminal being a first terminal of the crystal resonator 2. The first DC cut capacitor 4 connected to (XIN) 11, one terminal connected to the output terminal of the oscillation inverter 1, and the other terminal connected to the second terminal (XOUT) 10 of the crystal resonator 2. The second DC cut capacitor 3, the control voltage application terminal 12, the first voltage variable capacitance element 8 having one terminal connected to the first terminal 11 and the other terminal connected to the ground potential. , One terminal of the second voltage variable capacitance element 7 having one terminal connected to the second terminal 10 and the other terminal connected to the ground potential, one of the first terminal 11 and the first voltage variable capacitance element 8. And the other end of the control voltage application terminal 12. One end is connected between the first bias resistor 6 connected to, the second terminal 10 and one terminal of the second voltage variable capacitance element 7, and the other end is connected to the control voltage application terminal 12. A second bias resistor 5 and an output terminal 31 are provided, and a transistor 15 constituting a boot signal generating circuit is connected to the first bias resistor 6 or the intermediate point of the second bias resistor 5. As this transistor, a bipolar transistor or a MOS transistor can be used. In this embodiment, a PMOS transistor is used.

発振インバータ1はCMOSインバータからなり、発振増幅部を構成している。その入力端子、出力端子間には帰還抵抗(Rf)9が接続されている。第1の電圧可変容量素子8は、発振インバータ1の入力端子側の負荷容量となり、第2の電圧可変容量素子7は、出力端子側の負荷容量となる。発振インバータ1の出力端子及び帰還抵抗9と第2の直流カット容量3との接続点の間には抵抗(RD)17が接続されている。この抵抗17は、水晶電流を抑え、最適な値に調整するために設ける。これにより、発振条件を維持しながら周波数調整幅を大きくできる。
発振インバータ1からの出力信号は、抵抗17を介してレベルシフト回路(レベルシフタ)18に入力され、信号レベルを上げる。レベルシフト回路18の出力信号は、分周器19に入力されて所定の周波数に分周される。分周された出力信号はバッファ回路30を介して出力端子31から出力する。
The oscillation inverter 1 is composed of a CMOS inverter and constitutes an oscillation amplification unit. A feedback resistor (Rf) 9 is connected between the input terminal and the output terminal. The first voltage variable capacitance element 8 becomes a load capacitance on the input terminal side of the oscillation inverter 1, and the second voltage variable capacitance element 7 becomes a load capacitance on the output terminal side. A resistor (RD) 17 is connected between the output terminal of the oscillation inverter 1 and the connection point between the feedback resistor 9 and the second DC cut capacitor 3. The resistor 17 is provided to suppress the crystal current and adjust it to an optimum value. Thereby, the frequency adjustment range can be increased while maintaining the oscillation condition.
An output signal from the oscillation inverter 1 is input to a level shift circuit (level shifter) 18 via a resistor 17 to raise the signal level. The output signal of the level shift circuit 18 is input to the frequency divider 19 and is divided to a predetermined frequency. The frequency-divided output signal is output from the output terminal 31 via the buffer circuit 30.

このような電圧制御型発振器において、安定的に水晶振動子を発振起動させるためには、負荷容量(CG、CD)を小さくすることが必要である。
この実施例では、負荷容量(CG,CD)として電圧可変容量素子(バリキャップダイオード)を使用し、バイアス抵抗の中間点にブート信号発生回路を構成するトランジスタを接続して、このトランジスタを発振起動時にオンさせ、負荷容量(CG)を最小となる電圧を印加できるようにしている。このような構成によって、発振起動時において、負荷容量(CG)が最小となり、発振起動性を高めることができる。
In such a voltage controlled oscillator, it is necessary to reduce the load capacitance (CG, CD) in order to stably start the crystal resonator.
In this embodiment, a voltage variable capacitance element (varicap diode) is used as a load capacitance (CG, CD), a transistor constituting a boot signal generation circuit is connected to an intermediate point of a bias resistor, and this transistor starts oscillation. It is sometimes turned on so that a voltage that minimizes the load capacitance (CG) can be applied. With such a configuration, the load capacity (CG) is minimized at the time of oscillation start, and the oscillation startability can be improved.

電圧制御型発振器は、一般に負荷容量としてのCG、CD容量に、例えば、バリキャップダイオードなどの電圧可変容量素子を使用し、外部より電圧を印加する端子と抵抗でCG、CD容量と接続された構造を有している。この実施例の電圧制御型発振器は、バイアス抵抗の中間点にトランジスタを追加することによって、CG、CD容量が最小となる電圧を印加できるようにしたことを特徴としている。
ブート信号発生回路は、第1バイアス抵抗6(6a,6b)の中間点に接続されたPMOSトランジスタ15からなる。PMOSトランジスタ15のゲート電極には電圧が印加されるゲート端子16が接続され、PMOSトランジスタ15の電流路の一端は電源電圧(VDD)に接続され、他端はバイアス抵抗6の中間点(6aと6bの接続点)に接続されている。ゲート端子16には所望の制御電圧が印加されて、発振起動時にPMOSトランジスタ15をオンさせ、第1の電圧可変容量素子8の一端に電源電圧(VDD)を印加することでCG容量が最小となるように構成されている。ゲート端子16に制御電圧を印加する時期は、発振状態を判断して決める。電源オンと同時にPMOSトランジスタ15をオンさせる制御電圧を印加し、発振信号が安定した後にPMOSトランジスタ15をオフさせる制御電圧に切り替えるよう制御することもでき、この場合、電圧制御型発振器内に発振状態を検出する検出手段を導入して該制御電圧の切り替えが行われる。
Voltage controlled oscillators generally use voltage variable capacitance elements such as varicap diodes as CG and CD capacities as load capacities, and are connected to CG and CD capacities by terminals and resistors for applying voltage from the outside. It has a structure. The voltage controlled oscillator of this embodiment is characterized in that a voltage that minimizes the CG and CD capacitances can be applied by adding a transistor to the middle point of the bias resistor.
The boot signal generation circuit includes a PMOS transistor 15 connected to the midpoint of the first bias resistor 6 (6a, 6b). A gate terminal 16 to which a voltage is applied is connected to the gate electrode of the PMOS transistor 15, one end of the current path of the PMOS transistor 15 is connected to the power supply voltage (VDD), and the other end is an intermediate point (6a and 6a) of the bias resistor 6. 6b). A desired control voltage is applied to the gate terminal 16, the PMOS transistor 15 is turned on at the time of oscillation start-up, and a power supply voltage (VDD) is applied to one end of the first voltage variable capacitance element 8 to minimize the CG capacitance. It is comprised so that it may become. The timing for applying the control voltage to the gate terminal 16 is determined by judging the oscillation state. A control voltage for turning on the PMOS transistor 15 is applied at the same time as the power supply is turned on, and control can be performed so as to switch to the control voltage for turning off the PMOS transistor 15 after the oscillation signal is stabilized. In this case, the oscillation state is included in the voltage controlled oscillator. The control voltage is switched by introducing a detecting means for detecting.

追加するトランジスタおよび接続位置は、電圧可変容量素子の特性によって変える。すなわち、電圧を印加すると容量が小さくなる電圧可変容量素子の場合には、この実施例と同じように、PMOSトランジスタを用い、PMOSトランジスタの電流路の一端は、電源(VDD)側に接続し、他方の電極は、バイアス抵抗の中間点に接続する。また、トランジスタのゲート端子に印加する電圧のロジックを反転させることで、このPMOSトランジスタはNMOSトランジスタに置き換えることができる。更に、PMOSトランジスタの電流路の一端は、電源(VDD)ではなく、0.5VDD程度でも良く、この電圧は制御電圧印加端子12に与えられる制御電圧(VC)よりも高い電圧であればよい。
一方、電圧を印加すると容量が大きくなる電圧可変容量素子の場合には、例えば、NMOSトランジスタを用い、NMOSトランジスタの電流路の一端の電極は接地(低電位電源VSS)側に接続し、他方の電極は、バイアス抵抗の中間点に接続する。例えば、Hレベルの電圧をNMOSトランジスタのゲートに印加すると、電圧可変容量素子に一端は低電位電源VSSに接続され、その容量は小さくなる。また、トランジスタのゲート端子に印加する電圧のロジックを反転させることで、このNMOSトランジスタはPMOSトランジスタに置き換えることができる。なお、この他にバイポーラトランジスタを用いることも可能である。
この実施例ではバイアス抵抗は、発振インバータ1の入力端側の第1バイアス抵抗6の中間点のみにトランジスタ(ブート信号発生回路)を接続して発振起動時に電圧可変容量素子の容量値を下げているが、これに代えて出力端側の第2バイアス抵抗5の中間点に接続しても良い。また、入力端側および出力端側の両方にトランジスタ(ブート信号発生回路)を接続してもよい。
The transistor to be added and the connection position vary depending on the characteristics of the voltage variable capacitance element. That is, in the case of a voltage variable capacitance element whose capacitance decreases when a voltage is applied, a PMOS transistor is used as in this embodiment, and one end of the current path of the PMOS transistor is connected to the power supply (VDD) side, The other electrode is connected to the middle point of the bias resistor. Further, the PMOS transistor can be replaced with an NMOS transistor by inverting the logic of the voltage applied to the gate terminal of the transistor. Further, one end of the current path of the PMOS transistor may be about 0.5 VDD instead of the power source (VDD), and this voltage may be higher than the control voltage (VC) applied to the control voltage application terminal 12.
On the other hand, in the case of a voltage variable capacitance element whose capacity increases when a voltage is applied, for example, an NMOS transistor is used, and one end of the current path of the NMOS transistor is connected to the ground (low potential power supply VSS) side, The electrode is connected to the middle point of the bias resistor. For example, when an H level voltage is applied to the gate of the NMOS transistor, one end of the voltage variable capacitance element is connected to the low potential power source VSS, and the capacitance is reduced. Further, the NMOS transistor can be replaced with a PMOS transistor by inverting the logic of the voltage applied to the gate terminal of the transistor. In addition, a bipolar transistor can be used.
In this embodiment, the bias resistor is configured such that a transistor (boot signal generation circuit) is connected only to the intermediate point of the first bias resistor 6 on the input end side of the oscillation inverter 1 to lower the capacitance value of the voltage variable capacitance element when starting oscillation. However, instead of this, it may be connected to an intermediate point of the second bias resistor 5 on the output end side. A transistor (boot signal generation circuit) may be connected to both the input end side and the output end side.

以上のように、この実施例では、電圧可変容量素子への印加電圧を制御することにより、発振起動時と定常状態の切り替えのために別途設けられていた調整用容量が不要になる。そして、抵抗の中間点に接続することにより、電圧印加端子に電圧が印加されていても起動特性に影響を与えないという特徴がある。また、ブート解除後に抵抗と容量でフィルタの役割を果たすため、発振器に異常動作を発生させ難い。また、トランジスタはバイアス抵抗の中間点で接続されているので、トランジスタ(ブート信号発生回路)により電源(VDD)と接続されている発振起動中に、制御電圧印加端子に制御電圧(VC)が印加されても発振器の起動特性に影響を及ぼすことはない。 As described above, in this embodiment, by controlling the voltage applied to the voltage variable capacitance element, an adjustment capacitor separately provided for switching between oscillation start-up and steady state becomes unnecessary. Further, by connecting to the middle point of the resistor, there is a feature that the start-up characteristic is not affected even if a voltage is applied to the voltage application terminal. In addition, since the resistor and the capacitor function as a filter after the boot is released, it is difficult to cause an abnormal operation in the oscillator. In addition, since the transistor is connected at the middle point of the bias resistor, the control voltage (VC) is applied to the control voltage application terminal during the start-up of the oscillation connected to the power supply (VDD) by the transistor (boot signal generation circuit). This does not affect the starting characteristics of the oscillator.

次に、図2乃至図4を参照して、実施例2を説明する。この実施例では図1に示した電圧制御型発振器を発振検出回路を用いて発振動作を制御することに特徴がある。
図2に示すように、この実施例では、発振検出回路20が付加されている。発振検出回路20は、入力側が発振インバータ1の出力端に抵抗(RD)17を介して接続され、出力側がPMOSトランジスタ15のゲート端子16に接続されている。
Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. This embodiment is characterized by controlling the oscillation operation of the voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 using an oscillation detection circuit.
As shown in FIG. 2, in this embodiment, an oscillation detection circuit 20 is added. The oscillation detection circuit 20 has an input side connected to the output terminal of the oscillation inverter 1 via a resistor (RD) 17 and an output side connected to the gate terminal 16 of the PMOS transistor 15.

図3は、図2の電圧制御型発振器に用いられた発振検出回路20の詳細である。発振検出回路20は、PMOSトランジスタ21,22、CMOSインバータ23,24、容量素子25、26、抵抗27,28,29からなる。容量素子25は、発振インバータ1の出力端と、抵抗17を介して、接続されている。PMOSトランジスタ21,22は、カレントミラー回路を構成しており、ゲート電極同士は抵抗28を介して互いに接続されている。PMOSトランジスタ21,22の一方の電極は電源(VDD)に接続されている。PMOSトランジスタ21の電極は他方の電極と接続されている。PMOSトランジスタ21,22の他方の電極は、それぞれ抵抗27,29を介して接地(低電位側電源VSS)されている。 FIG. 3 shows details of the oscillation detection circuit 20 used in the voltage-controlled oscillator shown in FIG. The oscillation detection circuit 20 includes PMOS transistors 21 and 22, CMOS inverters 23 and 24, capacitive elements 25 and 26, and resistors 27, 28, and 29. The capacitive element 25 is connected to the output terminal of the oscillation inverter 1 via the resistor 17. The PMOS transistors 21 and 22 constitute a current mirror circuit, and the gate electrodes are connected to each other via a resistor 28. One electrode of the PMOS transistors 21 and 22 is connected to a power supply (VDD). The electrode of the PMOS transistor 21 is connected to the other electrode. The other electrodes of the PMOS transistors 21 and 22 are grounded (low potential side power supply VSS) via resistors 27 and 29, respectively.

インバータ23の入力端は、PMOSトランジスタ22の他方の電極と抵抗29の接地端とは反対側の他端との接続点に接続され、容量26の接地端(VSS)とは反対側の他端は、インバータ23の入力端と前記接続点との間に接続されている。インバータ23の出力端は、インバータ24の入力端に接続されている。
発振検出回路には、この電圧制御型発振器を構成する発振回路の発振出力Vosc(A点)が入力され、この発振出力に応じてオンオフし、オン期間中に所定の電流を流す発振検出部と、発振検出部の出力(B点)に応じて充電または放電を行う容量素子26と、容量素子26の電位変化に基づいて所望の発振状態を検出し、その結果をVout(C点)として出力する振幅検出回路より構成されている。
The input end of the inverter 23 is connected to a connection point between the other electrode of the PMOS transistor 22 and the other end opposite to the ground end of the resistor 29, and the other end opposite to the ground end (VSS) of the capacitor 26. Is connected between the input terminal of the inverter 23 and the connection point. The output terminal of the inverter 23 is connected to the input terminal of the inverter 24.
The oscillation detection circuit receives an oscillation output Vosc (point A) of the oscillation circuit constituting the voltage-controlled oscillator, is turned on / off in accordance with the oscillation output, and passes a predetermined current during the on period. The capacitive element 26 that charges or discharges according to the output (point B) of the oscillation detection unit, detects the desired oscillation state based on the potential change of the capacitive element 26, and outputs the result as Vout (point C) It comprises an amplitude detection circuit.

次に、図2、図3及び図4を参照して、発振検出回路20の動作を説明する。図4は、各ノードの電圧の変化を示す波形図であり、図4(a)はVDD電源の状態、図4(b)はA点、図4(c)はB点、図4(d)はC点、図4(e)はD点の状態をそれぞれ示している。
発振回路において発振が開始すると、A点(=Vout)の発振波形の振幅(電圧レベル)は徐々に大きくなり、所定時間の経過により、その振幅が、設定されたしきい値レベル(Vref)を超えて低い電圧になると、越えている間PMOSトランジスタ22がオンし、B点の電位を上昇させる(図4(c)参照)。すなわち、検出端(B点)が抵抗素子26を介して低電位側電源(VSS)に接続されていることで、放電状態であった容量素子26の電位を、PMOSトランジスタ22に電流を流すことにより充電させる。これが、発振振幅がしきい値レベル(Vref)を超えて低い電圧になるたびに繰り返される。
Next, the operation of the oscillation detection circuit 20 will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4A and 4B are waveform diagrams showing changes in voltage at each node. FIG. 4A shows the state of the VDD power supply, FIG. 4B shows point A, FIG. 4C shows point B, and FIG. ) Shows the state of the point C, and FIG. 4E shows the state of the point D.
When oscillation starts in the oscillation circuit, the amplitude (voltage level) of the oscillation waveform at point A (= Vout) gradually increases, and the amplitude reaches the set threshold level (Vref) as a predetermined time elapses. When the voltage exceeds the lower level, the PMOS transistor 22 is turned on while the voltage is exceeded, and the potential at the point B is increased (see FIG. 4C). That is, since the detection end (point B) is connected to the low potential side power source (VSS) via the resistance element 26, the potential of the capacitive element 26 in the discharged state is caused to flow through the PMOS transistor 22. To charge. This is repeated each time the oscillation amplitude exceeds the threshold level (Vref) and becomes a low voltage.

そして、容量素子26の保持電位が、検出回路(シュミットインバータ)の反転しきい値のレベル(Vth-inv)に達すると、低レベルであった検出回路20の出力(C点)を、高レベル(VDD)に変化させる。(図4(d)参照)。これにより、発振状態の検出となる。
そして、C点の電位が高レベルになることにより、電源オンと同時にオンしていたトランジスタ15はオフし、その結果、D点は、電源(VDD)から遮断され、電圧印加端子12から入力される制御電圧(VC)に依存した電圧となる。
When the holding potential of the capacitive element 26 reaches the level (Vth-inv) of the inversion threshold value of the detection circuit (Schmitt inverter), the output (point C) of the detection circuit 20 that has been at a low level is changed to a high level. Change to (VDD). (Refer FIG.4 (d)). Thereby, the oscillation state is detected.
When the potential at the point C becomes high level, the transistor 15 that was turned on at the same time as the power is turned off is turned off. As a result, the point D is disconnected from the power supply (VDD) and input from the voltage application terminal 12. The voltage depends on the control voltage (VC).

以上のように、この実施例では、発振検出回路を用い、発振出力の振幅を検出してトランジスタをオン、オフしているので、効率的な設定時間になる。抵抗の中間点に接続することにより、電圧印加端子に電圧が印加されていても起動特性に影響を与えない。また、ブート解除後に抵抗と容量でフィルタの役割を果たすため、発振器に異常動作を発生させ難い。また、トランジスタは抵抗の中間点で接続されているので、電圧印加端子に制御電圧が印加されても発振器の起動特性に影響を及ぼすことはない。   As described above, in this embodiment, since the oscillation detection circuit is used to detect the amplitude of the oscillation output and the transistor is turned on and off, an efficient set time is obtained. By connecting to the middle point of the resistor, even if a voltage is applied to the voltage application terminal, the starting characteristics are not affected. In addition, since the resistor and the capacitor function as a filter after the boot is released, it is difficult to cause an abnormal operation in the oscillator. Further, since the transistors are connected at the middle point of the resistor, even if a control voltage is applied to the voltage application terminal, the start-up characteristics of the oscillator are not affected.

1・・・発振インバータ
2・・・水晶振動子
3、4・・・容量
5,6・・・バイアス抵抗
7,8・・・電圧可変容量素子
9・・・帰還抵抗
10,11・・・端子(水晶接続端子)
12・・・制御電圧印加端子
15,21,22・・・PMOSトランジスタ
16・・・ゲート端子
17・・・抵抗(RD)
18・・・レベルシフタ
19・・・分周器
20・・・発振検出回路
23,24・・・インバータ
25,26・・・容量素子
27,28,29・・・抵抗
30・・・バッファ
31・・・出力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillation inverter 2 ... Crystal oscillator 3, 4 ... Capacitance 5, 6 ... Bias resistance 7, 8 ... Voltage variable capacity element 9 ... Feedback resistance 10, 11 ... Terminal (Crystal connection terminal)
12 ... Control voltage application terminals 15, 21, 22 ... PMOS transistor 16 ... Gate terminal 17 ... Resistance (RD)
18 ... Level shifter 19 ... Frequency divider 20 ... Oscillation detection circuit 23, 24 ... Inverter 25, 26 ... Capacitance elements 27, 28, 29 ... Resistor 30 ... Buffer 31 ..Output terminals

Claims (2)

発振インバータと、水晶振動子と、一方の端子が前記発振インバータの入力端子に接続され、他方の端子が前記水晶振動子の第1の端子に接続された第1の直流カット容量と、一方の端子が前記発振インバータの出力端子に接続され、他方の端子が前記水晶振動子の第2の端子に接続された第2の直流カット容量と、制御電圧入力端子と、一方の端子が前記第1の端子に接続され、他方の端子が接地電位に接続された第1の電圧可変容量素子と、一方の端子が前記第2の端子に接続され、他方の端子が前記接地電位に接続された第2の電圧可変容量素子と、前記第1の端子と前記第1の電圧可変容量素子の一方の端子との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第1のバイアス抵抗と、前記第2の端子と前記第2の電圧可変容量素子の一方の端子との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第2のバイアス抵抗とを具備し、前記第1バイアス抵抗もしくは第2バイアス抵抗の中間点にブート信号発生回路を構成するトランジスタを接続して、前記電圧可変容量素子の容量を小さくすることを特徴とする電圧制御型発振器。 An oscillation inverter, a crystal resonator, one terminal connected to the input terminal of the oscillation inverter, and the other terminal connected to the first terminal of the crystal resonator, A second DC cut capacitor having a terminal connected to the output terminal of the oscillation inverter and the other terminal connected to the second terminal of the crystal resonator, a control voltage input terminal, and one terminal being the first terminal A first voltage variable capacitor having a second terminal connected to the ground potential, a first terminal connected to the second terminal, and a second terminal connected to the ground potential. One of the first voltage variable capacitance element, the first terminal and one terminal of the first voltage variable capacitance element, and the other end connected to the control voltage input terminal. A bias resistor, the second terminal, and the second power source. And a second bias resistor having one end connected to one terminal of the variable capacitance element and the other end connected to the control voltage input terminal, and being intermediate between the first bias resistor or the second bias resistor. A voltage-controlled oscillator characterized in that a transistor constituting a boot signal generation circuit is connected to a point to reduce the capacitance of the voltage variable capacitance element. 前記電圧可変容量素子が電圧を印加すると容量が小さくなる素子の場合は、前記トランジスタにPMOSトランジスタを用い、前記電圧可変容量素子が電圧を印加すると容量が大きくなる素子の場合は、前記トランジスタにNMOSトランジスタを用いることを特徴とする請求項1に記載の電圧制御型発振器。

A PMOS transistor is used as the transistor when the voltage variable capacitor is a device whose capacitance is reduced when a voltage is applied, and an NMOS is used as the transistor when the voltage variable capacitor is a device whose capacity is increased when a voltage is applied. 2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein a transistor is used.

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