(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、
定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、
上記第１のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の出力端子が、第２のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第１の電流供給源と、
第２のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の出力端子が、上記第１のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、第１のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第２の電流供給源とを備えていることを特徴とする発振回路。
【請求項２】
定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、
定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を、上記第１のリングオシレータ中の反転増幅回路にそれぞれ対応して、同数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、
上記第１のリングオシレータ内の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第１の電流供給源と、
上記第２の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第１のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第２の電流供給源とを備えていることを特徴とする発振回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、発振回路に関するものである。さらに詳しくは、２つのリングオシレータをクロスカップリングさせて動作を行う発振回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リングオシレータを用いた発振回路としては、図７（ａ）に示すように、それぞれ奇数個のＣＭＯＳインバータ１０１ａ〜１０１ｃからなる２つのリングオシレータ１０２、１０３をインバータ１０４、１０５を用いてクロスカップリングさせて発振を行うものがある。この場合、ＣＭＯＳインバータを用いてクロスカップリングさせているので、デューティ制御性が良い発振回路が実現できる。
【０００３】
また、図８に示すような複数のカレントインバータ１０６よりなるリングオシレータもある。この場合、電流モードで信号の伝達を行うので、電流の積分である電圧モードで信号を伝達するＣＭＯＳインバータを用いたタイプに比べて高速化に向いている。また、カレントインバータは電源側またはグランド側のいずれかのトランジスタが定電流源になっているため、ＣＭＯＳタイプよりスイッチングノイズが少ないという特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者はＣＭＯＳインバータ１０１の拡大図である図７（ｂ）に示したように、端子ｘより入力する制御バイアス入力により制御バイアスをかけるためのトランジスタ１０７を、電源−グランド間に設けられたＰチャネルＭＯＳトランジスタ１０８とＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０９とからなるＣＭＯＳインバータ１０１に対して直列に挿入しなくてはならない。したがって、電源−グランド間にトランジスタが３個直列に接続することになり、電源電圧の低電圧化は困難となる。また、ＣＭＯＳインバータを用いているので、スイッチングノイズの問題も有している。
【０００５】
後者の場合、電源−グランド間に直列に接続されるＰチャネルＭＯＳトランジスタとＮチャネルＭＯＳトランジスタはすべて１個ずつとなるよう構成されているので、前者に比べて低電源電圧化に向いているが、ＣＭＯＳインバータを用いていないのでデューティ制御性の点で前者に劣っている。
【０００６】
そこで、後者のデューティ制御性を向上させるために、後者のリングオシレータを２つ用意し、それらをクロスカップリング用のカレントインバータを用いて前者のように反転出力を互いに生成・伝達し合うように図９（ａ）の如くクロスカップリングに接続しようとすると、その要部拡大図である図９（ｂ）に示すようにセルフバイアスされた２つのトランジスタが１つの端子で接続されるため、動作不能に陥ってしまう。すなわち、前者のようにリングオシレータの互いの反転出力を供給し合うようにすると、動作しなくなってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による発振回路は、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、上記第１のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の出力端子が、第２のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第１の電流供給源と、第２のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の出力端子が、上記第１のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、第１のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第２の電流供給源とを備えることによって、すなわちそれぞれの第１および第２のカレントインバータ（定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路）の電流出力を反転せずに互いのカレントインバータの定電流源に流し込むことによって、カレントインバータからなるからなる２つのリングオシレータのクロスカップリングが実現できる。よって、低電源電圧化、高速動作化、低ノイズ化および良好なデューティ制御が同時に図れる。
【０００８】
また、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を、上記第１のリングオシレータ中の反転増幅回路にそれぞれ対応して、同数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、上記第１のリングオシレータ内の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第１の電流供給源と、上記第２の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第１のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第２の電流供給源とにより構成するようにしても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に係る発明は、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、上記第１のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の出力端子が、第２のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第１の電流供給源と、第２のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の出力端子が、上記第１のリングオシレータ内の制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、第１のリングオシレータ内の上記一つの反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する第２の電流供給源とを備える発振回路である。
【００１０】
本願の請求項２に係る発明は、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を奇数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第１のリングオシレータと、定電流源を有し電流モードで動作する反転増幅回路を、上記第１のリングオシレータ中の反転増幅回路にそれぞれ対応して、同数段直列に接続し、最終段の出力を最初の段の入力に接続した第２のリングオシレータと、上記第１のリングオシレータ内の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第２のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第１の電流供給源と、上記第２の反転増幅回路の出力端子が、制御端子に接続され、該出力端子の電流に対応した電流を、上記第１のリングオシレータ内の対応する反転増幅回路の定電流源の電流路に供給する複数の第２の電流供給源とを備える発振回路である。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
図１において、１、２は第１、第２のリングオシレータである。第１のリングオシレータは、定電流源（Ｔ３）を有する３段のカレントインバータ（電流モードで動作する反転増幅回路）３ａ〜３ｃ、及び第２の電流供給回路４ａ〜４ｃとからなり、カレントインバータ３ａ〜３ｃは、直列に接続され、最終段であるカレントインバータ３ｃの出力は最初の段であるカレントインバータ３ａの入力に接続される。そして、第２のリングオシレータは、定電流源を有する３段のカレントインバータ（電流モードで動作する反転増幅回路）５ａ〜５ｃ、及び第１の電流供給回路６ａ〜６ｃとからなり、カレントインバータ５ａ〜５ｃは、直列に接続され、最終段であるカレントインバータ５ｃの出力は最初の段であるカレントインバータ５ａの入力に接続される。電流供給回路４ａ〜４ｃおよび６ａ〜６ｃはそれぞれカレントインバータ３ａ〜３ｃおよび５ａ〜５ｃに対応して設けてある。また、カレントインバータ３ａと５ａは１対１で対応しており、カレントインバータ３ａは５ｂと、カレントインバータ３ｃは５ｃと１対１で対応している。なお、カレントインバータ３ａ〜３ｃおよび５ａ〜５ｃは同一構成なので、ここではカレントインバータ３の構成のみを説明し、その他の説明は省略する。
【００１３】
カレントインバーター３ａは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２および定電流源を構成するＮチャネルＭＯＳトランジスタＴ３からなる。トランジスタＴ１、Ｔ２のソースは電源に接続してあり、それぞれのドレインはともに端子Ａに接続してある。トランジスタＴ１のゲートは前段のカレントインバータ２の出力が入力するよう接続してある。トランジスタＴ２のゲートは、トランジスタＴ２のドレインと接続し、セルフバイアスしてある。トランジスタＴ３のソースはグランドに接続し、そのドレインは端子Ａに接続してある。また、トランジスタＴ３のゲートには端子Ｙより入力する制御バイアス信号が入力する。
【００１４】
電流供給回路４ａ〜４ｃ、６ａ〜６ｃは、それぞれＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成し、それらのソースは電源と接続し、それらのドレインはそれぞれ対応するカレントインバータ内の端子Ａと接続してある。それらのゲートにはそれらが接続するカレントインバータと１対１で対応するカレントインバータの出力が入力する。
【００１５】
次に、図２〜４を参照して動作原理を説明する。なお、図２〜４において、図１と同一番号のものは同一のものとするが、説明を簡単にするためにトランジスタＴ３を定電流源７として示してある。
【００１６】
図２は、第１のリングオシレータ１内のカレントインバータ３ａを示したものである。
【００１７】
同図において、定電流源７を流れる定電流値をＩｃとすると、カレントインバータ３ａは、入力側トランジスタＴ１の流す電流値ＩａをＩｃから除いた残りの電流値Ｉｂ＝Ｉｃ−Ｉａに相当するカレントミラー電圧出力を出力側トランジスタＴ２において発生する。
【００１８】
ここで、図３に示すように第２のリングオシレータ２を考え、カレントインバータ３ａに対応するカレントインバータ５ａ内の定電流源７を流れる定電流値をＩｃ’、入力側トランジスタＴ１の流す電流値をＩａ’とし、カレントインバータ５ａの出力側トランジスタＴ２の出力電圧が電流値Ｉｂ’＝Ｉｃ’−Ｉａ’に相当するカレントミラー電圧出力である場合（Ｉｃ’＝Ｉｃ）、これと同相の電流を対応するカレントインバータ３ａ内の定電流源７にそのまま流し込むと、カレントインバータ３ａ内の出力側トランジスタＴ２に流れる電流は、定電流値ＩｃからＩａとＩｂ’を除いた残り、すなわちＩｂ＝Ｉｃ−Ｉａ−Ｉｂ’となる。つまり、カレントインバータ３ａの出力側トランジスタＴ２は、対応するカレントインバータ５ａの出力側トランジスタＴ２とは逆相の電流変化を第２のリングオシレータ２によって促される。
【００１９】
さらに、図４に示すようにカレントインバータ３ａの出力をカレントインバータ５ａ内の定電流源７に流し込むことにより、クロスカップリングが実現する。すなわち、相手側と同相の出力を受けて逆相の変化を自己内部で生成することを利用して、カレントインバータを用いた２つのリングオシレータのクロスカップリングが実現される。なお、実際に、対応するカレントインバータ出力電流を定電流源７に流す場合、電流供給回路を構成するトランジスタのサイズを調整することで、その出力電流は定数倍される。
【００２０】
このように、それぞれ複数のカレントインバータからなる２つのリングオシレータをクロスカップリングできるので、デューティ制御性が向上する。しかも、カレントインバータからなるリングオシレータが有している効果、すなわち低電源電圧化、高速動作性、低スイッチングノイズ化等を損なうことなくデューティ制御性を向上できる。
【００２１】
さらに、クロスカップリングすることによって、コモンモード・ノイズ、例えば電源に載ってくるノイズを緩和できる。すなわち、上述したＩｂがＩｂ＋ΔＩ、Ｉｂ’がＩｂ’＋ΔＩとなってしまうようなコモンモード・ノイズが生じても、クロスカップリングすることにより、ΔＩとは逆相の電流が発生するので、ノイズΔＩはキャンセル（緩和）される。
【００２２】
次に他の実施例を図５を参照して説明する。
【００２３】
図１では、すべてのカレントインバータの動作トランジスタをＰチャネルＭＯＳトランジスタとした例を示したが、図５ではＰチャネルＭＯＳトランジスタとＮチャネルＭＯＳトランジスタとをできる限り交互に動作するよう構成した例を示している。
【００２４】
同図において、８、９はそれぞれ第１および第２のリングオシレータで、それぞれカレントインバータ１０ａ〜１０ｃおよび１１ａ〜１１ｃからなり、カレントインバータ１０ａ、１０ｃ、１１ａ、１１ｃは図１に示したカレントインバータと極性が逆で、カレントインバータ１０ｂ、１０ｂは図１のものと同一である。
【００２５】
この場合、極性の異なるカレントインバータを用いているので、定電流源を構成するトランジスタもＰチャネルＭＯＳトランジスタとＮチャネルＭＯＳトランジスタの２種類となり、それぞれ端子Ｐ、Ｎから入力するＰチャネル制御バイアス信号とＮチャネル制御バイアス信号のいずれかが入力する。また、それぞれのリングオシレータにおいて隣接するカレントインバータ間には極性反転用回路１２が設けてある。
【００２６】
動作は図１で示した例とほぼ同様であり、図１の例と同様の効果を奏する。
【００２７】
また、図６に示したように構成しても上記と同様の効果が得られる。なお、同図において、図１と同一番号のものは同一のものである。
【００２８】
なお、図６は図１に示した回路の変形例であり、具体的には図１において第１のリングオシレータ１内に設けていた第２の電流供給回路４ａと定電流回路Ｔ３との直列回路を第２のリングオシレータ２内に設け、第２のリングオシレータ２内に設けていた第１の電流供給回路６ａと定電流回路Ｔ３との直列回路を第１のリングオシレータ１内に設けたものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、発振回路において低電源電圧化、高速動作化、低ノイズ化および良好なデューティ制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示した回路図。
【図２】図１の動作説明のための説明図。
【図３】図１の動作説明のための説明図。
【図４】図１の動作説明のための説明図。
【図５】本発明の他の実施例を示した回路図。
【図６】本発明の他の実施例を示した回路図。
【図７】従来の発振回路を示した説明図。
【図８】従来の発振回路を示した説明図。
【図９】図７、８の発振回路を単純に組み合わせた例を示した説明図。
【符号の説明】
１      第１のリングオシレータ
２      第２のリングオシレータ
３ａ〜３ｃ      カレントインバータ
４ａ〜４ｃ      第２の電流供給回路
５ａ〜５ｃ            カレントインバータ
６ａ〜６ｃ      第１の電流供給回路
８      第１のリングオシレータ
９      第２のリングオシレータ
１０ａ〜１０ｃ      カレントインバータ
１１ａ〜１１ｂ      カレントインバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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