JPH06169237A - リングオシレータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体基板内に形成され得る改善されたリン
グオシレータが開示される。このリングオシレータは、
リング状にカスケード接続されたインバータと、インバ
ータに供給されるバイアス電流を決定するための正の温
度係数を有する拡散抵抗Ｒ１および負の温度係数を有す
るポリシリコン抵抗Ｒ２とを含む。 【効果】 拡散抵抗Ｒ１の温度特性および発振器回路自
身が有する温度特性に基づいて、発振周波数が周囲温度
の上昇に従って低くなろうとするが、ポリシリコン抵抗
Ｒ２の温度特性によって、発振周波数の変化が補償され
る。したがって、半導体基板内に、周囲温度の変化によ
り影響されない発振周波数を有する基準クロック信号発
生回路が形成され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般に単一の半導体
基板上に形成されたリングオシレータ回路に関し、特
に、周囲温度の変化による影響を受けにくいリングオシ
レータ回路に関する。

【０００２】

【背景の技術】一般に、基準クロック信号を発生するた
めの発振器回路は、様々な電気回路を実現するのに広く
用いられている。特に、水晶振動子を含む水晶発振回路
は、極めて安定した一定の周波数を有するクロック信号
を発生できるので、従来から頻繁に用いられている。し
かしながら、水晶発振回路は、半導体基板上に形成する
ことができないので、プリント基板を介して半導体集積
回路装置に接続される。このことは、回路を構成するの
に要する部品点数の増加を生じさせ、さらには、部品の
取付け作業に要する時間を増加させる。したがって、従
来から、安定した一定の発振周波数を有する発振回路を
半導体基板上に設けること、すなわちオンチップオシレ
ータを形成することが要求されていた。

【０００３】しかしながら、一般にオンチップオシレー
タの発振周波数は、不安定であり、特に、周囲温度の変
化の影響が避けられなかった。それゆえに、部品点数の
増加および取付け作業時間の増加にもかかわらず、従来
から水晶発振回路は、プリント基板上に取付けられ、そ
れを介して半導体集積回路装置に接続されていた。

【０００４】この発明は、安定した発振周波数を有する
クロック信号を必要とする半導体集積回路装置に一般に
適用可能であるが、以下の説明では、半導体集積回路装
置の一例として、サービス総合デジタル網（ＩＳＤＮ）
におけるインタフェースＬＳＩにこの発明が適用される
場合について説明する。

【０００５】図１０は、ＩＳＤＮのための従来のインタ
フェースＬＳＩのブロック図である。図１０を参照し
て、このインタフェースＬＳＩ１は、受信データ信号Ｄ
Ｒを受けるレシーバ２と、受信データおよび送信データ
のフレーム変換を行なうためのフレーム変換器４と、送
信データ信号ＤＴを出力するためのドライバ５とを含
む。フレーム変換器４は、ＩＳＤＮにおける上位の回路
（図示せず）に接続される。

【０００６】デジタル・フェーズ・ロックド・ループ
（以下「ＤＰＬＬ」という）３は、受信データ信号ＤＲ
に同期したクロック信号φ１を受ける。外部に設けられ
た水晶発振器（図示せず）から発生された基準クロック
信号φ０がＤＰＬＬ３に与えられる。ＤＰＬＬ３は、基
準クロック信号φ０をクロック信号φ１に同期させ、同
期されたクロック信号φ２を出力する。言い換えると、
ＤＰＬＬ３は、受信データ信号ＤＲに同期したクロック
信号φ２を発生し、それをフレーム変換器４およびコン
トローラ６に与える。フレーム変換器４は、与えられた
クロック信号φ２に応答して、データの順序およびデー
タ転送速度の変換などを行なう。コントローラ６は、ク
ロック信号φ２に応答して、このインタフェースＬＳＩ
１の内部回路を制御するのに必要な様々なクロック信号
を発生する。なお、参照番号１は、半導体基板をも示し
ており、インタフェースＬＳＩのための全回路がこの基
板上に形成される。基準クロック信号φ０を発生するク
リスタル発振器は、インタフェースＬＳＩ１とは別に設
けられており、図示されていないプリント基板を介して
このインタフェースＬＳＩ１に接続されることが指摘さ
れる。

【０００７】図１１は、図１０に示したＤＰＬＬ３のブ
ロック図である。図１１を参照して、このＤＰＬＬ３
は、クロック信号φ１およびφ２間の位相における誤差
を検出する位相検出器３１と、位相検出器３１から出力
される誤差信号ＥＲを受けるデジタルフィルタ３２と、
デジタルフィルタ３２から出力される分周比制御信号Ｒ
Ｃに応答してその分周比が制御される制御可能分周器３
３とを含む。

【０００８】動作において、制御可能分周器３３は、基
準クロック信号φ０を受け、分周器制御信号ＲＣに応答
して周波数が制御されたクロック信号φ２を出力する。
位相検出器３１は、クロック信号φ１およびφ２の位相
差を検出し、その位相差を示す誤差信号ＥＲをデジタル
フィルタ３２に与える。デジタルフィルタ３２は、誤差
信号ＥＲに含まれる極めて微小な信号成分を取除いた
後、誤差信号ＥＲに基づく分周比制御信号ＲＣを制御可
能分周器３３に与える。制御可能分周器３３は、その分
周比が分周比制御信号ＲＣに応答して制御され、更新さ
れた周波数を有するクロック信号φ２を出力する。

【０００９】図１０に示したインタフェースＬＳＩ１
は、基準クロック信号φ０を発生するための基準クロッ
ク信号発生回路を備えていないので、前述のように部品
点数の増加および取付け作業時間における不都合が生じ
ている。これらの不都合をさけるためには、基準クロッ
ク信号発生器を備えたインタフェースＬＳＩが好まし
い。

【００１０】図１２は、基準クロック信号発生器を備え
たインタフェースＬＳＩ１′のブロック図である。図１
２を参照して、図１０に示したものと比較すると、イン
タフェースＬＳＩ１′は、基準クロック信号φ０を発生
する内部クロック信号発生器７を新たに備えている。す
なわち、内部クロック信号発生器７は、インタフェース
ＬＳＩ１′を構成する他の回路とともに、半導体基板内
に形成される。半導体基板内に形成され得るクロック信
号発生器７として、発振周波数がやや不安定ではある
が、リング状にカスケード接続された奇数個のインバー
タを備えたリングオシレータがしばしば用いられる。し
かしながら、リングオシレータの発振周波数は、安定し
ておらず、特に、周囲温度の変化により影響を受けやす
い。すなわち、リングオシレータの発振周波数が周囲温
度の変化にしたがって変化される。このことは、図１２
に示されるような安定した基準クロック信号を必要とす
る回路において好ましくない結果をもたらす。したがっ
て、周囲温度の変化によって影響されにくいリングオシ
レータ回路を半導体基板内に形成する必要があることが
指摘される。

【００１１】図１３は、従来の改善されたリングオシレ
ータの回路図である。図１３に示したリングオシレータ
は、特開昭５７−９７２１８号公報に開示されている。
図１３を参照して、このリングオシレータは、リング状
にカスケード接続されたインバータ２０１ないし２０５
と、各２つのインバーター間に接続されたＲＣ回路４０
１ないし４０５と、定電圧源１０７とを含む。各ＲＣ回
路は、それに続いて接続されたインバータの入力を充電
および放電するのに要する時間を決定する。言い換える
と、ＲＣ回路４０１ないし４０５の時定数によって、こ
のリングオシレータの発振周波数が決定される。

【００１２】各ＲＣ回路４０１ないし４０５内に設けら
れた抵抗として、半導体基板内に形成された拡散抵抗が
用いられる。一般に、拡散抵抗およびＭＯＳトランジス
タのオン抵抗は、正の温度係数を有している。言い換え
ると、これらの抵抗値は、周囲温度が高くなるにつれ
て、増加される。したがって、リングオシレータの発振
周波数は、周囲温度が高くなるにつれて減少される。す
なわち、リングオシレータの発振周波数は負の温度係数
を有している。しかしながら、図１３に示したリングオ
シレータは、負の温度係数を有する抵抗３０１を含むＲ
Ｃ回路４０４を備えているので、周囲温度の変化による
発振周波数への影響を緩和することができる。負の温度
係数を有する抵抗３０１として、ポリシリコン抵抗が用
いられる。

【００１３】しかしながら、図１３に示したリングオシ
レータは、次のような問題を引き起こしている。まず、
発振周波数を決定するためのＲＣ回路４０１ないし４０
５が、カスケード接続されたインバータのリング内に接
続されているので、高い発振周波数を得ることができな
い。高い発振周波数をえるためには、各ＲＣ回路４０１
ないし４０５の抵抗値および容量値を小さくする必要が
あるが、前述の温度補償を実現するためにはそれらをあ
まりに小さく設定することはできない。高い発振周波数
を有するクロック信号を発生することのできるリングオ
シレータとして、以下に説明するリングオシレータを考
えることができる。

【００１４】図２は、この発明の背景を示すリングオシ
レータの回路図である。図２を参照して、このリングオ
シレータ７ａは、リング状にカスケード接続された７個
のインバータ８１ないし８７と、ＰＭＯＳトランジスタ
Ｑ５およびＱ６，ＭＮＯＳトランジスタＱ７およびＱ
８，オペアンプ７２および抵抗Ｒ１によって構成された
バイアス回路と、定電圧発生回路７１とを含む。１つの
インバータ、たとえばインバータ８１は、電源電位Ｖ
_{D D} と接地電位Ｖｓｓとの間に直列に接続されたＰＭＯ
ＳトランジスタＱ１，Ｑ２およびＭＮＯＳトランジスタ
Ｑ３，Ｑ４を含む。トランジスタＱ２およびＱ３は、ゲ
ートが前段のインバータ（すなわちインバータ８７）か
らの出力信号を受けるように接続される。

【００１５】次に、図２に示したリングオシレータ７ａ
の動作について説明する。トランジスタＱ８および抵抗
Ｒ１の共通接続ノードＮ１は、オペアンプ７２およびト
ランジスタＱ８の作用により、定電圧発生回路７１から
発生された一定の電圧に常に保たれている。したがっ
て、抵抗Ｒ１が有する抵抗値によって決定される電流Ｉ
１が、抵抗Ｒ１を介して流れる。すなわち、ノードＮ１
における電圧をＶＮ１とし、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１と
すると、電流Ｉ１は次式により表わされる。

【００１６】 Ｉ１＝ＶＮ１／Ｒ1 …（１） トランジスタＱ５のゲート幅およびゲート長をＷ５，Ｌ
５とし、トランジスタＱ６のゲート幅およびゲート長を
Ｗ６，Ｌ６とすると、このカレントミラー回路が１，１
の電流比を有するものと仮定すると、次式が得られる。

【００１７】 Ｗ５／Ｌ５＝Ｗ６／Ｌ６ …（２） したがって、 Ｉ１＝Ｉ２ …（３） ここで、Ｉ２はトランジスタＱ６を流れる電流の電流値
を示す。

【００１８】さらに、トランジスタＱ１，Ｑ４およびＱ
７のゲート幅およびゲート長をそれぞれＷ１，Ｌ１，Ｗ
４，Ｌ４，Ｗ７，Ｌ７とすると、次の式（４）および
（５）が成り立つとき、式（６）の関係が得られる。

【００１９】 Ｗ１／Ｌ１＝Ｗ６／Ｌ６ …（４） Ｗ４／Ｌ４＝Ｗ７／Ｌ７ …（５） Ｉ３＝Ｉ４＝Ｉ２（＝Ｉ１） …（６） ここで、電流Ｉ３およびＩ４は、トランジスタＱ１およ
びＱ４をそれぞれ流れる電流の電流値を示す。

【００２０】一般に、リングオシレータの発振周波数
は、電流Ｉ３およびＩ４が大きくなるにつれて高くな
る。すなわち、リングオシレータの発振周波数は、個々
のインバータに供給される電流の増加に従って高くな
る。その理由は、個々のインバータに供給される電流が
増加されると、それに続いて接続されるインバータの入
力ノードの充電および放電に要する時間が短縮されるか
らである。他方、もし、供給電流が減少されると、それ
に続くインバータの入力ノードを充電および放電するの
により長い時間を要し、発振周波数が低くなる。したが
って、まず、リングオシレータの発振周波数は、供給電
流Ｉ３およびＩ４（さらにはＩ２およびＩ１）に比例し
て高くなることが指摘される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】図２に示した抵抗Ｒ１
として、一般には半導体基板内に形成された拡散抵抗が
用いられる。拡散抵抗として、たとえばｐ⁺ 拡散抵抗が
用いられる場合では、抵抗Ｒ１は図３に示す温度特性を
有する。

【００２２】図３は、抵抗Ｒ１として用いられるｐ⁺ 拡
散抵抗の温度特性図である。図３において、横軸は周囲
温度（℃）を示し、縦軸がシート抵抗（Ω／□）を示
す。図３からわかるように、拡散抵抗の抵抗値は、周囲
温度の増加に伴って大きくなる。言い換えると、拡散抵
抗は、正の温度係数を有する。したがって、拡散抵抗が
図２に示した抵抗Ｒ１として用いられる場合では、電流
Ｉ１は、周囲温度が上昇するにつれて減少される。言い
換えると、電流Ｉ１、さらにはバイアス電流Ｉ２，Ｉ３
およびＩ４は、負の温度係数を有する。

【００２３】その結果、リングオシレータの発振周波数
は、バイアス電流の減少により温度の上昇に従ってだん
だん低くなる。言い換えると、リングオシレータの発振
周波数は、抵抗Ｒ１の温度特性に基づいて負の温度係数
を有することになる。

【００２４】これに加えて、リングオシレータの発振周
波数は、リング状にカスケードされたインバータが有す
る温度特性に基づいても、温度の上昇に従ってだんだん
低くなることが指摘される。図４は、リング状にカスケ
ード接続されたインバータによって構成された発振回路
の発振周波数の温度特性を示す特性図である。図４で
は、バイアス電流、すなわち電流Ｉ３およびＩ４が固定
されている。一般に、ＭＯＳトランジスタのオン抵抗
は、周囲温度の上昇に従って増加される。したがって、
バイアス電流が一定であっても、リングオシレータを構
成するインバータを介して流れる電流が減少されること
になる。その結果、図４に示されるように、発振周波数
は、温度の上昇に従って低くなる。このことは、リング
オシレータの発振周波数が、抵抗Ｒ１の温度特性に基づ
くだけでなく、インバータ自身が有する温度特性に基づ
いてもだんだん低くなることを意味する。いずれにして
も、リングオシレータの発振周波数は、抵抗Ｒ１の温度
特性およびインバータ自身が有する温度特性に基づい
て、負の温度係数を有することになる。

【００２５】すでに説明したように、リングオシレータ
が基準クロック信号発生回路として半導体集積回路にお
い半導体集積回路装置に用いられる場合では、発振周波
数が一定に保たれることが好ましい。すなわち、リング
オシレータの発生周波数が周囲温度の変化により影響さ
れるべきではない。しかしながら、図２に示したリング
オシレータ７ａの発振周波数は、前述のように、温度の
上昇に従って低くなる。このことが図２に示したリング
オシレータ７ａを用いる場合における問題となってい
た。

【００２６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、単一の半導体基板内に形成され
るリングオシレータ回路の発振周波数を周囲温度の変化
に対し安定に保つことである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるリング
オシレータ回路は、リング状にカスケード接続された奇
数個のインバータ手段を備えた発振器回路手段を含む。
この発振器回路手段は、発振周波数が周囲温度の変化に
従って変化される。リングオシレータ回路は、さらに、
定電圧発生手段と、定電圧発生手段から発生された定電
圧が与えられ、かつ発振器回路手段に定電流を供給する
定電流供給手段と、周囲温度に応答して、定電流供給手
段からの出力電流を制御することにより、発振器回路手
段の発振周波数の変化を補償する温度補償手段とを含
む。上記構成を有するリングオシレータ回路は、単一の
半導体基板上に形成される。

【００２８】

【作用】この発明におけるリングオシレータ回路では、
発振器回路手段の発振周波数が周囲温度の変化にしたが
って変化されようとするが、温度補償手段が周囲温度に
応答して定電流供給手段からの出力電流を制御し、発振
周波数の変化が補償される。したがって、リングオシレ
ータ回路の発振周波数が周囲温度の変化に対し安定に保
たれる。

【００２９】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を示すリングオ
シレータの回路図である。図１を参照して、リングオシ
レータ回路７ｂは、定電圧ノードＮ１と接地電位Ｖｓｓ
との間に抵抗Ｒ１とともに直列に接続された抵抗Ｒ２を
備えている。抵抗Ｒ２として、負の温度係数を有するポ
リシリコン抵抗が用いられる。抵抗Ｒ２を除く他の回路
構成は、図２に示したリングオシレータ７ａと同様であ
るので、説明が省略される。

【００３０】図５は、図１に示した抵抗Ｒ２として用い
られるポリシリコン抵抗の温度特性図である。図５を参
照して、横軸は温度（℃）を示し、縦軸がシート抵抗
（Ω／□）を示す。

【００３１】図１に示したリングオシレータ７ｂでは、
抵抗Ｒ１およびＲ２がノードＮ１と接地電位Ｖｓｓとの
間に直列に接続されているので、次式の関係が成り立
つ。

【００３２】 Ｉ２＝Ｉ１＝ＶＮ１／（Ｒ１＋Ｒ２） …（７） 今、ある基準温度Ｔｏにおける抵抗Ｒ１およびＲ２の抵
抗値をそれぞれＲ１ｏ，Ｒ２ｏとする。これに加えて、
抵抗Ｒ１の値Ｒ１ｏに対する温度変化率関数をｆ（Ｔ）
とし、抵抗Ｒ２の値Ｒ２ｏに対する温度変化関数をｇ
（Ｔ）とすると、次式の関係が得られる。

【００３３】 Ｒ１（Ｔ）＝Ｒ１ｏ・ｆ（Ｔ） …（８） Ｒ２（Ｔ）＝Ｒ２ｏ・ｇ（Ｔ） …（９） 式（８）および（９）を式（７）に代入することによ
り、次の式（１０）が得られる。

【００３４】 Ｉ２＝ＶＮ１／（Ｒ１ｏ・ｆ（Ｔ）＋Ｒ２ｏ・ｇ（Ｔ）） …（１０） 温度Ｔでの電流Ｉ２（Ｔ）の温度変化率関数をｈ（Ｔ）
とし、温度ＴｏでのＩ２（Ｔｏ）の値をＩ２ｏとする
と、次のような関係が得られる。

【００３５】 ｈ（Ｔ）＝Ｉ２／Ｉ２ｏ …（１１） Ｉ２ｏ＝Ｖ１／（Ｒ１ｏ＋Ｒ２ｏ） …（１２） 式（１０）および（１１）より、次の式（１３）が得ら
れる。

【００３６】 ｈ（Ｔ）＝（Ｒ１ｏ＋Ｒ２ｏ）／（Ｒ１ｏ・ｆ（Ｔ）＋Ｒ２ｏ・ｇ（Ｔ）） …（１３） したがって、たとえば、ｆ（Ｔ）が単調増加関数を示
し、かつｇ（Ｔ）が単調減少関数を示すような材質を抵
抗Ｒ１およびＲ２にそれぞれ適用することにより、電流
Ｉ２の温度変化率関数ｈ（Ｔ）を単調増加関数または単
調減少関数のいずれかに選択的に設定することが可能と
なる。

【００３７】図２に示したリングオシレータ７ａでは、
前述のように、抵抗Ｒ１の温度特性およびインバータ８
１ないし８７自身が有する温度特性により、発振周波数
が負の温度係数を有する。したがって、電流Ｉ２の温度
変化率関数ｈ（Ｔ）が単調増加関数である必要があり、
したがって、抵抗Ｒ２として負の温度係数を有するポリ
シリコン抵抗が用いられる。

【００３８】抵抗Ｒ１とＲ２との比を決定するために
は、図５に示した温度特性図を考慮する必要がある。電
流Ｉ２が一定であると仮定すると、発振周波数Ｆ（Ｉ2
（Ｔ），Ｔ）の温度依存性は、図４から次のように与え
られる。

【００３９】

【数１】

【００４０】図６は、図１に示したリングオシレータ７
ｂのバイアス電流Ｉ２と発振周波数との関係を示す特性
図である。図６を参照して、横軸がバイアス電流（μ
Ａ）を示し、縦軸は発振周波数（ＭＨｚ）を示す。図６
に示した特性図より、発振周波数Ｆ（Ｉ２（Ｔ），Ｔ）
の電流Ｉ２に対する依存性は、一次近似により次式によ
り得られる。

【００４１】

【数２】

【００４２】したがって、周波数Ｆが温度Ｔに対して一
定になるためには、次の式（１６）が成り立つ必要があ
る。

【００４３】

【数３】

【００４４】その結果、式（１４），（１５）および
（１６）より、次の式（１７）が得られる。

【００４５】

【数４】

【００４６】式（１７）が満足されるとき、発振周波数
Ｆは温度Ｔの変化に影響されなくなる。

【００４７】以下ｋ 載では、ある温度Ｔｃを中心とし
て発振周波数Ｆが一定となるように抵抗Ｒ１およびＲ２
を決定する方法について説明する。

【００４８】まず、温度Ｔｃにおいて、リングオシレー
タが所望の発振周波数Ｆｃで発振するように設定する必
要がある。この設定は、バイアス電流Ｉ２を決定するこ
とにより行なわれる。発振周波数がＦｃであるときのバ
イアス電流Ｉ２（Ｔｃ）は、前述の式（７）より次のよ
うに与えられる。

【００４９】 Ｉ２（Ｔｃ）＝ＶＮ１／（Ｒ１（Ｔｃ）＋Ｒ２（Ｔｃ）） …（１８） ここで、Ｒ１（Ｔｃ）およびＲ２（Ｔｃ）は、それぞれ
温度Ｔｃにおける抵抗Ｒ１およびＲ２の抵抗値を示す。

【００５０】次に、発振周波数Ｆが一定となるために
は、式（１７）より次の関係が得られる。

【００５１】

【数５】

【００５２】したがって、周囲温度ＴがＴｃであると
き、式（１８）は次の式により表わされる。

【００５３】

【数６】

【００５４】ここで、抵抗Ｒ１（Ｔ）およびＲ２（Ｔ）
は、それぞれ次の式により与えられるた。

【００５５】 Ｒ１（Ｔ）＝Ｘ・ｒ１（Ｔ） …（２０） Ｒ２（Ｔ）＝Ｙ・ｒ２（Ｔ） …（２１） ここで、ｒ１（Ｔ）およびｒ２（Ｔ）は、抵抗Ｒ１およ
びＲ２のシート抵抗を示す。

【００５６】したがって、次の式（２２）および（２
３）が得られ、式（１８），（２０）および（２１）よ
り、式（２４）が得られる。

【００５７】

【数７】

【００５８】式（１８），（１９），（２２）および
（２３）より次式が得られる。

【００５９】

【数８】

【００６０】式（２５）において、周囲温度Ｔｃでのｄ
ｒ１（Ｔ）／ｄＴおよびｄｒ２（Ｔ）／ｄＴは、温度Ｔ
ｃにおけるシート抵抗ｒ１（Ｔ）および（ｒ２（Ｔ）の
傾きであるから、これらは図３および図５の温度特性を
参照することにより得られる。

【００６１】したがって、式（２４）および（２５）の
連立方程式を解くことにより、抵抗値Ｒ１（Ｔ）および
Ｒ２（Ｔ）が求められる。

【００６２】図７は、温度補償されたリングオシレータ
７ｂの温度特性図である。図７を参照して、横軸は周囲
温度Ｔ（℃）を示し、縦軸が発振周波数Ｆ（ＭＨｚ）お
よびバイアス電流Ｉ２（μＡ）を示す。曲線Ｃ１は、温
度補償されたバイアス電流Ｉ２の温度依存性を示す。一
方、曲線Ｃ２は、温度補償された発振周波数Ｆの温度依
存性を示す。曲線Ｃ３は、参考のため、温度補償されて
いない発振周波数の温度依存性を示している。曲線Ｃ２
およびＣ３を比較することにより、発振周波数Ｆが周囲
温度Ｔの変化により影響されにくくなっていることがわ
かる。

【００６３】図８は、半導体基板上に形成された抵抗Ｒ
１およびＲ２の断面構造図である。図８を参照して、Ｐ
ウェル４１およびＮウェル４２がＰ型シリコン基板４０
内に形成される。抵抗Ｒ１として用いられるｐ⁺ 拡散抵
抗４３がＮウェル４２内に形成される。抵抗Ｒ２として
用いられるポリシリコン抵抗４５は、素子分離のための
ＬＯＣＯＳ４７上に形成される。ポリシリコン抵抗４５
は、アルミ配線４４を介して拡散抵抗４３に接続され
る。

【００６４】図８に示したボリシリコン抵抗４５に図５
に示した温度特性を与えるためには、ポリシリコンに次
のような処理を施す必要がある。

【００６５】まず、ドーズ量５．０×１０^{1 5} ｃｍ^{- 2}
を有するひ素Ａｓが５０ＫｅＶの加速電圧でポリシリコ
ンにイオン注入される。その後、アニール処理が温度８
００℃でチッソ雰囲気中で３０分かつ酸素雰囲気中で３
０分間行なわれる。その結果、図５に示した温度特性を
有するポリシリコン抵抗が得られる。

【００６６】図９は、図１に示した定電圧発生回路７１
の回路図である。図９に示した定電圧発生回路７１は、
バンドギャップ参照バイアス型のものであり、この回路
についての詳細は、“ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＯＦ ＤＥＳ
ＩＧＮ ＯＦ ＡＮＡＬＯＧＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ Ｃ
ＩＲＣＵＩＴＳ”と題されたＰ．Ｒ．ＧＲＡＹ および
Ｒ．Ｇ．ＭＥＹＥＲによるテキストブックに開示されて
いる。したがって、図９に示した定電圧発生回路７１
は、周囲温度に依存することのない安定した定電圧を発
生することができる。図１に示したリングオシレータ７
ｂ内の定電圧発生回路７１として、図９に示した回路に
限られず、他の回路も適用され得ることが指摘される。

【００６７】以上に説明したように、図１に示した抵抗
Ｒ１が図３に示すような正の温度係数を有しており、こ
れに加えて、リング状にカスケードされたインバータ８
１ないし８７発振周波数が図４に示すような負の温度係
数を有しているが、図５に示すような負の温度係数を有
するポリシリコン抵抗を抵抗Ｒ２として適用することに
より、発振周波数を周囲温度の変化に対し安定化させる
ことができる。すなわち、すでに説明したような関係を
有する拡散抵抗およびポリシリコン抵抗を図１に示した
リングオシレータ７ｂ内の抵抗Ｒ１およびＲ２としてそ
れぞれ適用することにより、図７における曲線Ｃ２によ
り表わされるような安定した発振周波数の温度特性が得
られる。

【００６８】その結果、温度の変化に対し安定した発振
周波数を有するクロック信号発生回路、すなわちリング
オシレータが半導体基板内に形成され得るので、従来の
ようなクリスタル発振器が必要とならない。したがっ
て、部品点数が減少され、プリント回路基板への部品の
取付け作業に要する時間が減少される。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、周囲
温度に応答して、発振器回路手段に供給される電流を制
御する温度補償手段を設けたので、単一の半導体基板内
に形成されたリングオシレータ回路の発振周波数を周囲
温度の変化に対し安定に保つことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すリングオシレータの
回路図である。

【図２】この発明の背景を示すリングオシレータの回路
図である。

【図３】図１に示した抵抗Ｒ１として用いられる拡散抵
抗の温度特性図である。

【図４】リング状にカスケード接続されたインバータに
よる発振周波数の温度特性を示す特性図である。

【図５】図１に示した抵抗Ｒ２として用いられるポリシ
リコン抵抗の温度特性図である。

【図６】図１に示したリングオシレータにおけるバイア
ス電流と発振周波数の関係を示す特性図である。

【図７】温度補償されたリングオシレータの温度特性図
である。

【図８】半導体基板上に形成された拡散抵抗およびポリ
シリコン抵抗の断面構造図である。

【図９】図１に示した定電圧発生回路の回路図である。

【図１０】ＩＳＤＮのための従来のインタフェースＬＳ
Ｉのブロック図である。

【図１１】図１０に示したＤＰＬＬのブロック図であ
る。

【図１２】内部基準クロック信号発生器を備えたインタ
フェースＬＳＩのブロック図である。

【図１３】従来のリングオシレータの回路図である。

【符号の説明】

７ｂ リングオシレータ ７１ 定電圧発生回路 ７２ オペアンプ Ｒ１ 拡散抵抗 Ｒ２ ポリシリコン抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の半導体基板上に形成されたリング
   オシレータ回路であって、 リング状にカスケード接続された奇数個のインバータ手
   段を備えた発振器回路手段を含み、 前記発振器回路手段は、発振周波数が周囲温度の変化に
   従って変化され、 定電圧発生手段と、 前記定電圧発生手段から発生された定電圧が与えられ、
   かつ前記発振器回路手段に定電流を供給する定電流供給
   手段とを含み、 前記定電流供給手段に接続され、周囲温度に応答して、
   前記定電流供給手段からの出力電流を制御することによ
   り、前記発振器回路手段の発振周波数の変化を補償する
   温度補償手段を含む、リングオシレータ回路。