振荡电路的制作方法

本发明涉及振荡电路。

背景技术：

一直以来，作为不使用石英振动器的振荡电路，已知弛张型振荡电路。图9是现有振荡电路的一个例子即弛张型振荡电路801的电路图。弛张型振荡电路801具备：cr振荡电路802，其具有电阻rv、电容c1、电容c2、反相器inv1、反相器inv2及比较电路comp；带隙基准（bandgapreference）电路803；以及电压电流转换电路804。该弛张型振荡电路801的振荡频率是通过在比较电路comp中将经由连接在反相器inv1的输出端子的电阻rv而充电的电容c1及电容c2的电压与基准电压vref进行比较来决定的。

带隙基准电路803向电压电流转换电路804输出不依赖温度的基准电压。电压电流转换电路804将带隙基准电路803输出的电压转换为电流并向比较电路comp供给偏置电流。比较电路comp根据被供给的偏置电流量，控制比较电路comp的响应速度。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2013－005109号公报。

技术实现要素：

【发明要解决的课题】

现有振荡电路在功耗方面还有改善的余地，本发明目的在于提供低功耗的振荡电路。

【用于解决课题的方案】

本发明的振荡电路设为这样的构成：具备第1电流源电路、第2电流源电路、电阻器、第1电容、第2电容、第1比较电路、第2比较电路以及rs闩锁器，根据所述rs闩锁器的输出信号的信号电平，将所述第2电流源电路的输出电流输入到所述第1电容或所述第2电容，将由所述第1电流源电路和所述电阻器确定的基准电压和所述第1电容的电压输入到所述第1比较电路，将所述基准电压和所述第2电容的电压输入到所述第2比较电路，将从所述第1比较电路输出的信号和从第2比较电路输出的信号输入到所述rs闩锁器。

【发明效果】

依据本发明的振荡电路，能够实现低功耗的振荡电路。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的振荡电路的电路图。

图2是本发明的第1实施方式的第1电流源电路的电路图。

图3是说明本发明的第1实施方式的启动电路的动作的时序图。

图4是本发明的第1实施方式的第2电流源电路的电路图。

图5是本发明的第1实施方式的比较电路的电路图。

图6是说明本发明的第1实施方式的整体动作的时序图。

图7是本发明的第2实施方式的第1电流源电路的电路图。

图8是本发明的第2实施方式的第2电流源电路的电路图。

图9是现有振荡电路的电路图。

具体实施方式

[第1实施方式]

图1示出本发明的第1实施方式的振荡电路的一个例子即振荡电路1的电路图。

振荡电路1具备：使能信号输入端子eninp；输出端子oscout；开关10～15；反相器20、21；三输入nand电路22；电阻器25；电容30、31；rs闩锁器40；电流源电路100、200；以及比较电路300、400。在此，关于开关10～15，在施加到控制端子的控制信号为high（高）电平时导通（连接状态），而在施加到控制端子的控制信号为low（低）电平时截止（切断状态）。

电流源电路100、200分别具有电源端子、输出端子iout、使能信号输入端子enin和启动信号输出端子stup。比较电路300、400分别具有同相输入端子inp、反相输入端子inn、输出端子out和使能信号输入端子en。rs闩锁器40具有二输入nand电路23和三输入nand电路24，具有三个输入端子ta1、ta2、ta3和一个输出端子ta4。此外，关于电源vdd和电源gnd，省略一部分连接的说明。

在电流源电路100中，电源端子与电源vdd连接，输出端子iout经由电阻器25而与电源gnd连接。在电流源电路200中，电源端子与电源vdd连接，输出端子iout经由开关14和电容30而与电源gnd连接，且经由开关15和电容31而与电源gnd连接。

比较电路300的同相输入端子inp与电流源电路100的输出端子iout连接。比较电路300的反相输入端子inn与开关14和电容30的连接点p1连接。在向反相输入端子inn输入的电压大于向同相输入端子inp输入的电压时，比较电路300从输出端子out输出low电平的电压。当向同相输入端子inp输入的电压大于向反相输入端子inn输入的电压时，从输出端子out输出high电平的电压。

比较电路400的同相输入端子inp与电流源电路100的输出端子iout连接。比较电路400的反相输入端子inn与开关15和电容31的连接点p2连接。比较电路400与比较电路300同样，在向反相输入端子inn输入的电压大于向同相输入端子inp输入的电压时，从输出端子out输出low电平的电压。在向同相输入端子inp输入的电压大于向反相输入端子inn输入的电压时，从输出端子out输出high电平的电压。

比较电路300的输出端子out与rs闩锁器40的输入端子ta1连接。比较电路400的输出端子out与rs闩锁器40的输入端子ta2连接。rs闩锁器40的输出端子ta4与开关12的控制端子、开关14的控制端子和反相器21的输入端子连接。反相器21的输出端子与开关10的控制端子、开关15的控制端子和输出端子oscout连接。

说明rs闩锁器40的内部连接。输入端子ta1与二输入nand电路23的第1输入端子连接。二输入nand电路23的输出端子与三输入nand电路24的第1输入端子连接。输入端子ta2与三输入nand电路24的第2输入端子连接。三输入nand电路24的输出端子与二输入nand电路23的第2输入端子和输出端子ta4连接。输入端子ta3与三输入nand电路24的第3输入端子连接。

说明开关10～13的连接。开关10的第1端子及开关11的第1端子与电容30的第1端子连接。开关10的第2端子及开关11的第2端子与电容30的第2端子连接。电容30的第2端子与电源gnd连接。开关12的第1端子及开关13的第1端子与电容31的第1端子连接，开关12的第2端子及开关13的第2端子与电容31的第2端子连接。电容31的第2端子与电源gnd连接。

使能信号输入端子eninp与电流源电路100的使能信号输入端子enin、电流源电路200的使能信号输入端子enin和三输入nand电路22的第1输入端子连接。电流源电路100的启动信号输出端子stup端子与三输入nand电路22的第2输入端子连接。电流源电路200的启动信号输出端子stup端子与三输入nand电路22的第3输入端子连接。三输入nand电路22的输出端子经由连接点p0而与开关11的控制端子、开关13的控制端子和反相器20的输入端子连接。反相器20的输出端子与rs闩锁器40的输入端子ta3、比较电路300的en输入端子和比较电路400的en输入端子连接。

图2示出作为第1电流源电路的电流源电路100的电路图。

电流源电路100具备：使能信号输入端子enin；输出端子iout；启动信号输出端子stup；p沟道型mos晶体管mp100、mp101、mp102（以下，记为“pmos晶体管”）；n沟道型mos晶体管mn100、mn101（以下，记为“nmos晶体管”）；开关101、102；反相器103；电阻104；以及启动电路110。电流源电路100通过具备作为在弱反转区域动作的晶体管的nmos晶体管mn100、mn101，构成为在弱反转区域动作的微电流源电路。电阻104被设定为较大的电阻值，以使晶体管mn100、mn101在弱反转区域动作。

开关101、102在施加到控制端子的控制信号为high电平时导通，为low电平时截止。关于施加到控制端子的控制信号与导通、截止的对应关系，能够通过用反相器反转施加到控制端子的控制信号来调整。

启动电路110具备：一个输入端子ta10；两个输出端子ta11、ta12；pmos晶体管mp110、mp111；反相器114、115、116；开关111、112；以及电容113。关于开关111、112，在施加到控制端子的控制信号为high电平时导通，在施加到控制端子的控制信号为low电平时截止。

对电流源电路100的连接进行说明。使能信号输入端子enin与输入端子ta10和反相器103的输入连接。反相器103的输出与开关101的控制端子和开关102的控制端子连接。pmos晶体管mp100的源极端子与电源vdd连接。pmos晶体管mp100的漏极端子与nmos晶体管mn100的漏极端子、nmos晶体管mn100的栅极端子、输出端子ta11、nmos晶体管mn101的栅极端子和开关101的第1端子连接。pmos晶体管mp100的栅极端子与pmos晶体管mp101的栅极端子、pmos晶体管mp101的漏极端子、nmos晶体管mn101的漏极端子、pmos晶体管mp102的栅极端子和开关102的第2端子连接。nmos晶体管mn100的源极端子与电源gnd连接。pmos晶体管mp101的源极端子与电源vdd连接。nmos晶体管mn101的源极端子经由电阻104而与电源gnd连接。pmos晶体管mp102的源极端子与电源vdd连接。pmos晶体管mp102的漏极端子与输出端子iout连接。开关101的第2端子与电源gnd连接。开关102的第1端子与电源vdd连接。

对启动电路110的连接进行说明。输入端子ta10与反相器114的输入端子和开关112的控制端子连接。反相器114的输出经由连接点p11而与pmos晶体管mp110的栅极端子和开关111的控制端子连接。pmos晶体管mp110的源极端子与电源vdd连接。pmos晶体管mp110的漏极端子经由连接点p12而与pmos晶体管mp111的栅极端子、反相器115的输入端子、电容113的第1端子和开关111的第1端子连接。pmos晶体管mp111的源极端子与开关112的第2端子连接。pmos晶体管mp111的漏极端子与输出端子ta11连接。反相器115的输出与反相器116的输入连接。反相器116的输出经由第2输出端子ta12而与启动信号输出端子stup连接。电容113的第2端子与电源gnd连接。开关112的第1端子与电源vdd及pmos晶体管mp110的源极端子连接。开关111的第2端子与电源gnd连接。

图3是示出启动电路110和启动电路210的动作的时序图。图3中横轴表示时间、纵轴表示启动电路各部分的信号电平。图3是上半部分示出启动电路110的动作、下半部分示出启动电路210的动作的时序图。

利用图3来说明启动电路110的动作。在向启动电路110的输入端子ta10输入了low电平的信号的状态（例如，图3的t0）下，连接点p11成为high电平，且开关111成为导通（连接状态）、开关112成为截止（切断状态）、pmos晶体管mp110成为截止。电容113的两端通过开关111而短路，所以连接点p12的电压成为电源gnd电平的电压。pmos晶体管mp111导通，但是开关112截止，因此输出端子ta11的电压成为电源gnd电平的电压。另外，从输出端子ta12输出low电平的信号。

在向启动电路110的输入端子ta10输入了high电平的信号的状态（例如，图3的t1）下，连接点p11成为low电平，且开关111成为截止、开关112成为导通、pmos晶体管mp110成为导通。电容113因来自pmos晶体管mp110的电流而被充电，连接点p12的电压从电源gnd电平上升。t15中，连接点p12的电压超过pmos晶体管mp111的阈值电压vth（mp111）。在图3的从t1到t15为止的期间、即开关112及pmos晶体管mp111导通的期间，从输出端子ta11输出作为启动信号的电压。

若连接点p12的电压超过pmos晶体管mp111的阈值电压vth（mp111），则pmos晶体管mp111成为截止状态，从输出端子ta11不会输出作为启动信号的电压。另外，在连接点p12的电压超过pmos晶体管mp111的阈值电压vth（mp111）的期间，作为启动信号从输出端子ta12输出high电平的信号。

图4示出作为第2电流源电路的电流源电路200的电路图。

电流源电路200与电流源电路100同样，通过具备（作为在弱反转区域动作的晶体管的）nmos晶体管mn200、mn201，构成为在弱反转区域动作的微电流源电路。电流源电路200相对于电流源电路100的区别在于取代启动电路110而具备启动电路210这一点，其他的构成要素实质上相同。因此，省略与电流源电路100重复的说明。

启动电路210相对于启动电路110的区别在于取代电容113而具备电容值与电容113的电容值不同的电容213这一点，其他的构成要素实质上相同。即，启动电路210与启动电路110同样，具备：一个输入端子ta20；两个输出端子ta21、ta22；pmos晶体管；反相器；以及开关，进一步取代电容113而具备电容213。

如上述，关于电流源电路100和电流源电路200，除了电流源电路100的电容113和电流源电路200的电容213以外的电路构成实质上相同。因而，输出电流相对于电流源电路200的温度变化的变化，与输出电流相对于电流源电路100的温度变化的变化相同。作为第2电容的电容213具有比作为第1电容的电容113的电容值大的电容值。

利用图3来说明启动电路210的动作。启动电路210除了自电容213开始被充电起直至超过pmos晶体管mp211的阈值电压vth（211）为止的所需时间之外，进行与启动电路110同样的动作。在启动电路210中，电容213的电容值被设定为大于电容113的电容值，因此自电容213开始被充电起直至超过pmos晶体管mp211的阈值电压vth（211）为止的所需时间，会长于自电容113开始被充电起直至超过pmos晶体管mp111的阈值电压vth（111）为止的所需时间。因而，启动信号从输出端子ta21输出的期间（t1～t2），会长于启动信号从启动电路110的输出端子ta11输出的期间（t1～t15）。另外，直至超过启动电路210中的反相器215的阈值电压（在此未图示）、从输出端子ta22输出high电平的启动信号为止的时间，会长于直至超过启动电路110中的反相器115的阈值电压（在此未图示）、从输出端子ta12输出high电平的启动信号为止的时间。

图5示出作为第1比较电路的比较电路300的电路图。

比较电路300具备：同相输入端子inp；反相输入端子inn；使能信号输入端子en；输出端子out；pmos晶体管mp300、mp301；nmos晶体管mn300、mn301、mn302；反相器305、306、307；电流源电路i300、i301；以及开关301、302、303、304。关于开关301～304，在施加到控制端子的控制信号为high电平时导通，在施加到控制端子的控制信号为low电平时截止。

对比较电路300的连接进行说明。同相输入端子inp与pmos晶体管mp300的栅极端子连接。反相输入端子inn与pmos晶体管mp301的栅极端子连接。在电流源电路i300中，第1端子与电源vdd连接，第2端子与开关303的第1端子连接。开关303的第2端子与pmos晶体管mp300的源极端子和pmos晶体管mp301的源极端子连接。pmos晶体管mp300的漏极端子与nmos晶体管mn300的漏极端子及栅极端子、nmos晶体管mn301的栅极端子和开关301的第1端子连接。pmos晶体管mp301的漏极端子与nmos晶体管mn301的漏极端子、nmos晶体管mn302的栅极端子和开关302的第1端子连接。

在电流源电路i301中，第1端子与电源vdd连接，第2端子与nmos晶体管mn302的漏极、反相器306的输入端子和开关304的第2端子连接。开关304的第1端子与电源vdd连接。反相器306的输出端子与反相器307的输入端子连接。反相器307的输出端子与输出端子out连接。nmos晶体管mn300的源极端子、nmos晶体管mn301的源极端子、nmos晶体管mn302的源极端子、开关301的第2端子及开关302的第2端子分别与电源gnd连接。

使能信号输入端子en与开关303的控制端子和反相器305的输入端子连接。反相器305的输出端子与开关301的控制端子、开关302的控制端子和开关304的控制端子连接。

比较电路300在向使能信号输入端子en输入了low电平的信号时，从输出端子out输出high电平的信号，而在向使能信号输入端子en输入了high电平的信号时，根据向同相输入端子inp和反相输入端子inn输入的信号，从输出端子out输出high电平或low电平的信号。

作为第2比较电路的比较电路400，是与比较电路300相同的构成，因此省略说明。

参照图1、图2、图4及图6，说明振荡电路1的动作。图6中横轴表示时间（time）、纵轴表示各信号的信号电平。

＜当eninp＝low时＞

在向使能信号输入端子eninp输入了low电平的信号的状态（图6的t0）下，电流源电路100、200从启动信号输出端子stup输出low电平的信号。对三输入nand电路22的各输入端子均输入low电平的信号。三输入nand电路22从输出端子输出high电平的信号，因此连接点p0成为high电平。因而，开关11、13成为导通。另外，对比较电路300、400的使能信号输入端子en和rs闩锁器40的输入端子ta3输入low电平的信号。比较电路300、400分别从输出端子out输出high电平的信号。对rs闩锁器40的输入端子ta1及输入端子ta2分别输入high电平的信号。

关于rs闩锁器40，输入端子ta3上被输入low电平的信号，所以从输出端子ta4输出high电平的信号。振荡电路1从oscout输出low电平的信号。另外，开关12、14成为导通，开关13、15成为截止。

＜当eninp＝high时＞

接着，说明向使能信号输入端子eninp输入high电平的信号的状态的动作。时间t1中，向使能信号输入端子eninp输入high电平的信号。启动电路110的电容113小于启动电路210的电容213，所以在时间t1与t2之间，首先从电流源电路100的输出端子iout输出电流，并从电流源电路100的启动信号输出端子stup输出high电平的信号。

电流源电路100的输出端子iout经由电阻器25而与电源gnd连接，因此在电阻器25的两端显现由电流源电路100输出的电流值和电阻器25确定的电压。该电阻器25的两端的电压作为基准电压vref，输入到比较电路300、400的同相输入端子inp。

只要电阻器25和电流源电路100的电阻104由相同材质的电阻构成，则基准电压vref仅由nmos晶体管mn100和nmos晶体管mn101的大小比来确定，基准电压vref对于温度显示一阶比例关系。

接着在启动电路210中，电容213的第1端子的电压超过既定电压，从电流源电路200的输出端子iout输出电流，从电流源电路200的启动信号输出端子stup输出high电平的信号（时间t2）。

时间t2中，向三输入nand电路22的输入端子输入的信号全部为high电平的信号，连接点p0的信号从high电平的信号变为low电平的信号。因而，开关11、13截止。另外，连接点p0的信号因反相器20反转。向比较电路300、400的使能信号输入端子en输入的信号从low电平变为high电平的信号。从比较电路300、400的输出端子out输出high电平的信号。

在二输入nand电路23中，向两个输入端子输入high电平的信号，low电平的信号从输出端子输出。在三输入nand电路24中，向第1输入端子输入从二输入nand电路23输出的low电平的信号。从输出端子ta4输出的信号的信号电平维持high电平。从输出端子oscout输出的信号的信号电平维持low电平。

另外，时间t2中，开关14导通，而开关10、11截止，因此电容30因电流源电路200的电流而被充电，连接点p1的电压开始上升。若连接点p1的电压超过基准电压vref（时间t3），则比较电路300使输出端子out的信号从high电平变为low电平。rs闩锁器40的输入端子ta1的信号从low电平变为high电平。从rs闩锁器40输出的信号的信号电平从high电平变为low电平。从输出端子oscout输出的信号的信号电平从low电平变为high电平。

通过rs闩锁器40的输出信号的信号电平的变化，开关12、14截止而开关10、15导通。连接点p1的电压成为零，比较电路300的输出成为high电平的信号（时间t4）。

时间t4中，电容31因电流源电路200的电流而被充电，连接点p2的电压开始上升。若连接点p2的电压超过基准电压vref（时间t5），则比较电路400使输出端子out的信号从high电平变为low电平。向rs闩锁器40的输入端子ta2输入的信号的信号电平从high电平变为low电平。从rs闩锁器40输出的信号的信号电平从low电平变为high电平。从输出端子oscout输出的信号的信号电平从high电平变为low电平。

根据rs闩锁器40的输出信号的信号电平的变化，开关12、14导通而开关10、15截止。连接点p2的电压成为零，比较电路400输出的信号的信号电平变为high电平（时间t6）。另外，时间t6中，电容30因电流源电路200的电流而被充电，连接点p1的电压开始上升。该状态与之前说明的时间t2的状态相同。以后，振荡电路1重复从时间t2的状态到时间t6的状态而进行振荡动作。

在此，电流源电路100和电流源电路200为微电流源电路。已知微电流源电路一般有两个稳定动作点。一个稳定动作点是输出电流成为零的动作点，另一个稳定动作点是得到期望的输出电流的动作点。

为了避开输出电流成为零的点成为稳定动作点，电流源电路100、200具备启动电路110、210。

在此，在振荡电路1中，构成为在电流源电路200启动之前启动电流源电路100。在图6的时间t2，使图1所示的电容30、电容31的两端短路的开关10、开关13成为开路，开始对电容30的充电。在时间t3，电容30的电压p1（反相输入端子inn的电压）超过基准电压vref（同相输入端子inp的电压），电压ta1（比较电路300的输出端子的电压）反转，从而开始振荡动作。另一方面，若在电流源电路100启动之前启动电流源电路200而开始对电容30或电容31的充电，则同相输入端子inp的电压不会成为基准电压vref。在该情况下，比较电路300、400的输出端子out的电压不反转并且不开始振荡动作。

在振荡电路1中，为了可靠地使振荡动作开始，将启动电路210的电容213的电容值设定为大于启动电路110的电容113的电容值，以使电流源电路100比电流源电路200先启动。

依据本实施方式的振荡电路，能够得到电路规模小且功耗小的振荡电路。

[第2实施方式]

本实施方式的振荡电路相对于第1实施方式的振荡电路，除了电流源电路的构成不同这一点之外，实质上相同。因此，在本实施方式中，以构成不同的电流源电路为中心进行说明。

图7是本发明的第2实施方式的振荡电路所具备的电流源电路100a的电路图，图8是本发明的第2实施方式的振荡电路所具备的电流源电路200a的电路图。

电流源电路100a相对于电流源电路100除了以下方面不同之外，在其他方面实质上相同。所述不同方面为：nmos晶体管mn101的源极端子与电源gnd之间短路；电阻104a连接在nmos晶体管mn100的漏极端子与栅极端子间；以及nmos晶体管mn101的栅极端子经由nmos晶体管mn100的漏极端子及电阻104a而与nmos晶体管mn100的栅极端子连接。

电流源电路100生成的电流受nmos晶体管mn101的基板偏压效应的影响。这是因为：由于流过在nmos晶体管mn101的源极端子与电源gnd之间连接的电阻104的电流，背栅极的电压变得比源极端子的电压更低。nmos晶体管mn100的阈值电压vth和nmos晶体管mn101的阈值电压vth，因nmos晶体管mn101的基板偏压效应的影响而不会完全相等。

作为第1电流源电路的电流源电路100a为这样的构成：没有在nmos晶体管mn101的源极端子与电源gnd之间连接的电阻104，在nmos晶体管mn101不会产生基板偏压效应。包含使这样的nmos晶体管mn101不产生基板偏压效应的构成的电流源电路100a，可以抵消nmos晶体管mn100与nmos晶体管mn101的阈值电压。

作为第2电流源电路的电流源电路200a和电流源电路100a的差异，与电流源电路200和电流源电路100的差异相同，因此省略说明。依据本实施方式的振荡电路，具备：电流源电路100a，其具备不产生基板偏压效应的nmos晶体管mn101；以及电流源电路200a，其具备不产生基板偏压效应的nmos晶体管mn201，所以能够减小温度造成的影响。

以上，依据本实施方式的振荡电路，能得到电路规模小且功耗也小的振荡电路。

此外，本发明并不局限于上述实施方式本身，在实施阶段，除了上述例子以外还可以以各种方式实施，且在不脱离发明的要点的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。例如，在发明的实施方式中说明的各开关也可以由pmos晶体管或nmos晶体管构成。这些实施方式或其变形包括在发明的范围或要点中，并且包括在权利要求书记载的发明及其同等的范围内。

【标号说明】

1振荡电路；25电阻器；30、31电容；40rs闩锁器；100、100a、200、200a电流源电路；110、210启动电路；300、400比较电路；enin使能信号输入端子。