(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振子を発振させるバイポーラ型の発振用トランジスターを有する発振回路と、
前記発振回路に対して電流を供給する電流供給回路と、を含み、
前記電流供給回路は、
前記発振用トランジスターのコレクターにバイアス電流を供給すると共に、電流値が負の温度特性を有するベース電流を、前記発振用トランジスターのベースに供給し、
前記電流供給回路は、
少なくとも１つのバイポーラ型の基準電流生成トランジスターを有し、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流に基づいて、第１の基準電流を生成する基準電流生成回路を含み、
前記第１の基準電流に基づき生成される前記ベース電流を、前記発振用トランジスターの前記ベースに供給し、
前記基準電流生成回路は、
少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのコレクターに流れる電流に基づいて、第２の基準電流を生成し、
前記電流供給回路は、
前記第２の基準電流に基づき生成される前記バイアス電流を、前記発振用トランジスターの前記コレクターに供給することを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電流供給回路は、
前記ベース電流を供給する第１のカレントミラー回路と、
前記バイアス電流を供給する第２のカレントミラー回路と、を含み、
前記第１のカレントミラー回路は、
前記第１の基準電流が流れる第１の基準電流トランジスターと、
前記第１の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記ベース電流を供給する第１の電流供給トランジスターと、を含み、
前記第２のカレントミラー回路は、
前記第２の基準電流が流れる第２の基準電流トランジスターと、
前記第２の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記バイアス電流を供給する第２の電流供給トランジスターと、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
前記基準電流生成回路は、
基準バイアス電流が流れるバイポーラ型の基準バイアス電流トランジスターと、
前記基準バイアス電流トランジスターのコレクターに、そのゲートが接続され、前記基
準バイアス電流トランジスターのベース及び少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターの前記ベースに、そのソースが接続され、前記第１の基準電流が流れる調整トランジスターと、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記基準電流生成回路は、
少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターと並列に設けられ、前記第１の基準電流の初期電流がベースに流れるバイポーラ型の初期電流トランジスターと、
高電位側電源ノードと前記初期電流トランジスターのコレクターとの間に設けられ、前記初期電流トランジスターのコレクターに対して電流を供給するダイオードと、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記発振回路は、
前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗を含み、
前記ベース電流は、前記バイアス電流に基づき前記帰還抵抗を介して前記発振用トランジスターの前記ベースへと供給される電流を補助する電流であることを特徴とする回路装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記発振回路は、
前記ベース電流の供給ノードと前記発振用トランジスターの前記ベースとの間に設けられる抵抗を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記発振回路は、
前記発振子の一端にその一端が接続される第１のキャパシターと、
前記発振子の他端にその一端が接続される第２のキャパシターと、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
制御信号を出力する制御回路を有し、
前記電流供給回路は、前記制御信号に基づいて前記ベース電流が制御されることを特徴とする回路装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の回路装置と、
前記発振子と、
を含むことを特徴とする発振装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置、発振装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＴＣＸＯ（temperature compensated crystal oscillator）と呼ばれる温度補償型水晶発振装置が知られている。このＴＣＸＯは、例えば携帯端末などの無線機器のＲＦ回路の基準信号源等として用いられている。ＴＣＸＯを実現する回路装置の従来技術としては例えば特許文献１に開示される技術がある。
【０００３】
この従来技術では、回路装置に内蔵したメモリーからの制御信号に基づいて、発振周波数に適したコレクター電流供給用のバイアス電流を、バイポーラ型の発振用トランジスターに供給する。そして、発振用トランジスターのコレクター電圧（コレクター電位）と電源電圧（電源電位）との間の電圧差が確保できるように、コレクター・エミッター間に設けられる帰還抵抗の値を、コレクター電流に応じて調整することで、安定した発振条件を得ている。
【０００４】
しかしながら、発振用トランジスターの温度特性が原因で、特に低温ほどコレクター電圧が上昇してしまう。一方、高い周波数で安定的に発振させるためには、発振用トランジスターへ供給するバイアス電流を増加させる必要があるが、帰還抵抗に流れるベース電流もそれに伴って増加してしまう。このため、コレクター電圧は更に増加してしまい、バイアス電流供給用トランジスターのドレイン・ソース間電圧を確保するのが困難になる。この結果、バイアス電流が飽和してしまい、安定した発振を実現できなくなるという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２４２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、広い温度範囲に亘って広範囲の発振周波数に対応可能な発振動作を実現する回路装置、発振装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、発振子を発振させるバイポーラ型の発振用トランジスターを有する発振回路と、前記発振回路に対して電流を供給する電流供給回路とを含み、前記電流供給回路は、前記発振用トランジスターのコレクターにバイアス電流を供給すると共に、電流値が負の温度特性を有するベース電流を、前記発振用トランジスターのベースに供給する回路装置に関係する。
本発明の第１の態様によれば、発振回路の発振用トランジスターのコレクターに対してコレクター電流供給用のバイアス電流が供給されると共に、負の温度特性を有するベース電流が、発振用トランジスターのベースに対して供給される。このようにすれば、例えば温度変動等により発振用トランジスターの特性が変化し、所望の発振周波数の発振動作に必要なベース電流が増減した場合等に、このベース電流の増減に連動して発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流を増減させることが可能になる。従って、広い温度範囲に亘って広範囲の発振周波数に対応可能な発振動作を実現できるようになる。
また本発明の第２の態様では、前記電流供給回路は、少なくとも１つのバイポーラ型の基準電流生成トランジスターを有し、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流に基づいて、第１の基準電流を生成する基準電流生成回路を含み、前記第１の基準電流に基づき生成される前記ベース電流を、前記発振用トランジスターの前記ベースに供給してもよい。
このようにすれば、バイポーラ型の基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流を用いて、第１の基準電流を生成し、この第１の基準電流に基づき生成されるベース電流を、発振用トランジスターのベースに対して供給することが可能になる。従って、基準電流生成トランジスターのベース電流の増減に連動して、発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流も増減させることが可能になり、発振用トランジスターの特性等の変動による悪影響を効果的に低減できる。
また本発明の第３の態様では、前記基準電流生成回路は、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのコレクターに流れる電流に基づいて、第２の基準電流を生成し、前記電流供給回路は、前記第２の基準電流に基づき生成される前記バイアス電流を、前記発振用トランジスターの前記コレクターに供給してもよい。
このようにすれば、バイポーラ型の基準電流生成トランジスターのコレクターに流れる電流を用いて、第２の基準電流を生成し、この第２の基準電流に基づき生成されるバイアス電流を、発振用トランジスターのコレクターに対して供給することが可能になる。
また本発明の第４の態様では、前記電流供給回路は、前記ベース電流を供給する第１のカレントミラー回路と、前記バイアス電流を供給する第２のカレントミラー回路と、を含み、前記第１のカレントミラー回路は、前記第１の基準電流が流れる第１の基準電流トランジスターと、前記第１の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記ベース電流を供給する第１の電流供給トランジスターと、を含み、前記第２のカレントミラー回路は、前記第２の基準電流が流れる第２の基準電流トランジスターと、前記第２の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記バイアス電流を供給する第２の電流供給トランジスターと、を含んでもよい。
このような第１のカレントミラー回路を設けることで、負の温度特性を有する第１の基準電流をカレントミラーすることにより、負の温度特性を有するベース電流を生成して、発振用トランジスターのベースに供給できるようになる。また、このような第２のカレントミラー回路を設けることで、例えばフラットな温度特性を有する第２の基準電流のカレントミラーすることにより、フラットな温度特性を有するバイアス電流を生成して、発振用トランジスターのコレクターに供給できるようになる。
また本発明の第５の態様では、前記基準電流生成回路は、基準バイアス電流が流れるバイポーラ型の基準バイアス電流トランジスターと、前記基準バイアス電流トランジスターのコレクターに、そのゲートが接続され、前記基準バイアス電流トランジスターのベース及び少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターの前記ベースに、そのソースが接続され、前記第１の基準電流が流れる調整トランジスターと、を含んでもよい。
このようにすれば、ベース電流の補償用の調整トランジスターを有効活用して、第１の基準電流に負の温度特性を持たせ、これにより、発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流にも負の温度特性を持たせることが可能になる。
また本発明の第６の態様では、前記基準電流生成回路は、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターと並列に設けられ、前記第１の基準電流の初期電流がベースに流れるバイポーラ型の初期電流トランジスターと、高電位側電源ノードと前記初期電流トランジスターのコレクターとの間に設けられ、前記初期電流トランジスターのコレクターに対して電流を供給するダイオードと、を含んでもよい。
このようにすれば、初期電流トランジスターのサイズ等によって、第１の基準電流の初期電流値を制御することで、ベース電流の電流値を柔軟に設定することが可能になる。
また本発明の第７の態様では、前記発振回路は、前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗を含み、前記ベース電流は、前記バイアス電流に基づき前記帰還抵抗を介して前記発振用トランジスターの前記ベースへと供給される電流を補助する電流であってもよい。
このようにベース電流を補助する電流によりベース電流を補充すれば、例えばプロセス変動や周囲温度の変化に起因して発振用トランジスターの特性が変動した場合にも、発振用トランジスターのコレクター電圧の上昇を抑制し、安定した発振動作を実現できるようになる。
また本発明の第８の態様では、前記発振回路は、前記ベース電流の供給ノードと前記発振用トランジスターの前記ベースとの間に設けられる抵抗を含んでもよい。
このような抵抗を設ければ、ベース電流の供給ノードの寄生容量等に起因して、発振の閉ループ内のインピーダンスが低下してしまうなどの事態を効果的に抑制できる。
また本発明の第９の態様では、前記発振回路は、前記発振子の一端にその一端が接続される第１のキャパシターと、前記発振子の他端にその一端が接続される第２のキャパシターとを含んでもよい。
このような第１のキャパシターと第２のキャパシターを発振子の一端と他端に設けることで、発振用トランジスターを用いた安定した発振動作を実現できる。
また本発明の第１０の態様では、制御信号を出力する制御回路を有し、前記電流供給回路は、前記制御信号に基づいて前記ベース電流が制御されてもよい。
このようにベース電流が制御されることで、発振用トランジスターの特性のバラツキに対してベース電流を最適に制御することが可能になる。
また本発明の第１１の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置と、前記発振子とを含む発振装置に関係する。
また本発明の第１２の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
本発明の一態様は、発振子の発振用トランジスターを有する発振回路と、前記発振回路に対して電流を供給する電流供給回路とを含み、前記電流供給回路は、前記発振回路のバイポーラ型の前記発振用トランジスターのコレクターに対してコレクター電流供給用のバイアス電流を供給すると共に、電流値が負の温度特性を有するベース電流を、前記発振用トランジスターのベースに対して供給する回路装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、発振回路の発振用トランジスターのコレクターに対してコレクター電流供給用のバイアス電流が供給されると共に、負の温度特性を有するベース電流が、発振用トランジスターのベースに対して供給される。このようにすれば、例えば温度変動等により発振用トランジスターの特性が変化し、所望の発振周波数の発振動作に必要なベース電流が増減した場合等に、このベース電流の増減に連動して発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流を増減させることが可能になる。従って、広い温度範囲に亘って広範囲の発振周波数に対応可能な発振動作を実現できるようになる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記電流供給回路は、少なくとも１つのバイポーラ型の基準電流生成トランジスターにより構成され、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流に基づいて、第１の基準電流を生成する基準電流生成回路を含み、前記電流供給回路は、前記第１の基準電流に基づき生成される前記ベース電流を、前記発振用トランジスターの前記ベースに対して供給してもよい。
【００１０】
このようにすれば、バイポーラ型の基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流を用いて、第１の基準電流を生成し、この第１の基準電流に基づき生成されるベース電流を、発振用トランジスターのベースに対して供給することが可能になる。従って、基準電流生成トランジスターのベース電流の増減に連動して、発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流も増減させることが可能になり、発振用トランジスターの特性等の変動による悪影響を効果的に低減できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記基準電流生成回路は、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターとして、制御信号に基づいてオン・オフ制御されるバイポーラ型の第１〜第Ｍのトランジスターを含んでもよい。
【００１２】
このようにすれば、制御信号に基づいて第１の基準電流の電流値を調整し、調整後の第１の基準電流に基づくベース電流を、発振用トランジスターのベースに対して供給できるため、より柔軟なベース電流の調整が可能になる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記基準電流生成回路は、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターのコレクターに流れる電流に基づいて、第２の基準電流を生成し、前記電流供給回路は、前記第２の基準電流に基づき生成される前記バイアス電流を、前記発振用トランジスターの前記コレクターに対して供給してもよい。
【００１４】
このようにすれば、バイポーラ型の基準電流生成トランジスターのコレクターに流れる電流を用いて、第２の基準電流を生成し、この第２の基準電流に基づき生成されるバイアス電流を、発振用トランジスターのコレクターに対して供給することが可能になる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記電流供給回路は、前記ベース電流を供給する第１のカレントミラー回路と、前記バイアス電流を供給する第２のカレントミラー回路とを含み、前記第１のカレントミラー回路は、前記第１の基準電流が流れる第１の基準電流トランジスターと、前記第１の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記ベース電流を供給する第１の電流供給トランジスターとを含み、前記第２のカレントミラー回路は、前記第２の基準電流が流れる第２の基準電流トランジスターと、前記第２の基準電流トランジスターのゲート及びドレインにそのゲートが接続され、前記バイアス電流を供給する第２の電流供給トランジスターとを含んでもよい。
【００１６】
このような第１のカレントミラー回路を設けれることで、負の温度特性を有する第１の基準電流をカレントミラーすることにより、負の温度特性を有するベース電流を生成して、発振用トランジスターのベースに供給できるようになる。また、このような第２のカレントミラー回路を設けることで、例えばフラットな温度特性を有する第２の基準電流のカレントミラーすることにより、フラットな温度特性を有するバイアス電流を生成して、発振用トランジスターのコレクターに供給できるようになる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記基準電流生成回路は、基準バイアス電流が流れるバイポーラ型の基準バイアス電流トランジスターと、前記基準バイアス電流トランジスターのコレクターに、そのゲートが接続され、前記基準バイアス電流トランジスターのベース及び少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターの前記ベースに、そのソースが接続され、前記第１の基準電流が流れる調整トランジスターとを含んでもよい。
【００１８】
このようにすれば、ベース電流の補償用の調整トランジスターを有効活用して、第１の基準電流に負の温度特性を持たせ、これにより、発振用トランジスターのベースに供給されるベース電流にも負の温度特性を持たせることが可能になる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記基準電流生成回路は、少なくとも１つの前記基準電流生成トランジスターと並列に設けられ、前記第１の基準電流の初期電流がベースに流れるバイポーラ型の初期電流トランジスターと、高電位側電源ノードと前記初期電流トランジスターのコレクターとの間に設けられ、前記初期電流トランジスターのコレクターに対して電流を供給するダイオードとを含んでもよい。
【００２０】
このようにすれば、初期電流トランジスターのサイズ等によって、第１の基準電流の初期電流値を制御することで、ベース電流の電流値を柔軟に設定することが可能になる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記発振回路は、前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗を含み、前記電流供給回路は、前記バイアス電流に基づき前記帰還抵抗を介して前記発振用トランジスターの前記ベースへと供給される電流を補助する補助ベース電流を、前記ベース電流として、前記発振用トランジスターの前記ベースに対して供給してもよい。
【００２２】
このように補助ベース電流によりベース電流を補充すれば、例えばプロセス変動や周囲温度の変化に起因して発振用トランジスターの特性が変動した場合にも、発振用トランジスターのコレクター電圧の上昇を抑制し、安定した発振動作を実現できるようになる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記発振回路は、前記補助ベース電流の供給ノードと前記発振用トランジスターの前記ベースとの間に設けられる抵抗を含んでもよい。
【００２４】
このような抵抗を設ければ、補助ベース電流の供給ノードの寄生容量等に起因して、発振の閉ループ内のインピーダンスが低下してしまうなどの事態を効果的に抑制できる。
【００２５】
また本発明の一態様では、前記発振回路は、前記発振子の一端にその一端が接続される第１のキャパシターと、前記発振子の他端が接続される第２のキャパシターとを含んでもよい。
【００２６】
このような第１のキャパシターと第２のキャパシターを発振子の一端と他端に設けることで、発振用トランジスターを用いた安定した発振動作を実現できる。
【００２７】
また本発明の一態様では、前記電流供給回路は、制御信号に基づいて電流値が可変に制御される前記ベース電流を、前記発振用トランジスターの前記ベースに対して供給してもよい。
【００２８】
このようにベース電流の電流値を可変に設定すれば、発振用トランジスターの特性のバラツキに対してベース電流の電流値を最適に制御することが可能になる。
【００２９】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置と、前記発振子とを含む発振装置に関係する。
【００３０】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態の回路装置及び発振装置の基本的な構成例。
【図２】本実施形態の回路装置の詳細な第１の構成例。
【図３】本実施形態の比較例の回路装置の構成例。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は比較例の問題点についての説明図。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は本実施形態の回路装置の動作説明図。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は本実施形態の回路装置の有利点についての説明図。
【図７】本実施形態の回路装置の詳細な第２の構成例。
【図８】本実施形態の回路装置の詳細な第３の構成例。
【図９】本実施形態の電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３３】
１．基本構成
図１に本実施形態の回路装置及びこれを含む発振装置の基本的な構成例を示す。本実施形態の回路装置は、発振回路１０、電流供給回路２０を含む。また回路装置は、温度補償電圧発生回路２８、制御回路３０、メモリー４０を含むことができる。なお、本実施形態の回路装置の構成は図１の構成には限定されず、その一部の構成要素（例えば温度補償電圧発生回路）を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００３４】
また本実施形態の発振装置は、発振回路１０や電流供給回路２０等で構成される回路装置と、発振子ＸＴＡＬ（振動子、圧電振動子、水晶振動子）を含む。例えば本実施形態の回路装置がＩＣチップにより実現される場合には、発振子ＸＴＡＬは、回路装置であるＩＣチップの外付け部品とすることができる。或いは発振子ＸＴＡＬと回路装置を１つのパッケージに収容した構成としてもよい。
【００３５】
発振回路１０は、発振子ＸＴＡＬ（圧電振動子、水晶振動子）に接続される。具体的には第１、第２の発振子用端子ＴＸ１、ＴＸ２（発振子用パッド）を介して発振子ＸＴＡＬに接続される。発振回路１０は、電圧を印加することで固有振動を起こす発振子ＸＴＡＬを一定の周波数で発振させるための回路である。
【００３６】
電流供給回路２０（定電流生成回路）は発振回路１０に対して電流を供給する。例えばバイアス電流等の発振用の各種電流を供給する。
【００３７】
温度補償電圧発生回路２８は、ＴＣＸＯを実現するための温度補償電圧を発生して、発振回路１０に出力する。これにより発振周波数の温度補償が実現される。
【００３８】
制御回路３０は、発振回路１０、電流供給回路２０、温度補償電圧発生回路２８、メモリー４０の制御を行う。また外部とのインターフェース処理なども行う。この制御回路３０は、例えばスタンダードセルやゲートアレイ等のロジック回路により実現できる。
【００３９】
メモリー４０は、回路装置の動作に必要な各種の情報を記憶する。例えば電流供給回路２０の電流調整に必要な情報や、温度補償電圧発生回路２８が温度補償処理を行うために必要な情報などを記憶する。このメモリー４０は例えば不揮発性メモリーなどにより実現できる。或いはメモリー４０の機能をトリミング回路（ヒューズ回路）などにより実現してもよい。
【００４０】
そして本実施形態では発振回路１０は、発振子ＸＴＡＬの発振用トランジスターＢＴを有する。そして電流供給回路２０は、発振回路１０のバイポーラ型の発振用トランジスターＢＴのコレクターに対してコレクター電流供給用のバイアス電流ＩＤを供給すると共に、電流値が負の温度特性を有するベース電流ＩＢを、発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給する。
【００４１】
例えば高い発振周波数での安定した発振動作を実現するためには、一定電流値以上のコレクター電流が必要である。従って、周囲温度が変化して低温状態になったとしても、一定電流値以上のコレクター電流を発振用トランジスターＢＴに流すことが望ましい。
【００４２】
ところが、発振用トランジスターＢＴの電流増幅率ｈｆｅは正の温度特性を有しており、低温状態になると、電流増幅率ｈｆｅが減少してしまう。このため、発振用トランジスターＢＴの電流増幅が不足して、一定電流値以上のコレクター電流を流すのが困難になる。
【００４３】
この点、本実施形態では電流供給回路２０が、電流値が負の温度特性を有するベース電流ＩＢを発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給する。従って、例えば低温状態において電流増幅率ｈｆｅが減少したとしても、これを補うように、電流供給回路２０から供給されるベース電流ＩＢの電流値が、その負の温度特性により増加するようになる。従って、周囲温度が変化して低温状態になったとしても、一定電流値以上のコレクター電流を発振用トランジスターＢＴに流すことが可能になり、高い発振周波数での安定した発振動作を実現できるようになる。即ち、広い温度範囲に亘って広範囲の発振周波数に対応した発振動作を実現できるようになる。
【００４４】
２．第１の構成例
図２に本実施形態の回路装置の詳細な第１の構成例を示す。なお、本実施形態の回路装置の構成は図２の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４５】
図２の発振回路１０は、第１、第２のキャパシターＣ１、Ｃ２を含む。また第３のキャパシターＣ３を含むことができる。第１のキャパシターＣ１は、発振子ＸＴＡＬ（圧電振動子）の一端（第１の発振子用端子）にその一端が接続される。第２のキャパシターＣ２は、発振子ＸＴＡＬの他端（第２の発振子用端子）が接続される。第３のキャパシターＣ３は、発振子ＸＴＡＬの一端にその一端が接続される。
【００４６】
具体的には、キャパシターＣ１は、発振子ＸＴＡＬの一端側のノードＮ１とＶＳＳノード（広義には低電位側電源ノード）との間に設けられる。キャパシターＣ２は、発振子ＸＴＡＬの他端側のノードＮ２とＶＳＳノードとの間に設けられる。このノードＮ２は発振用トランジスターＢＴのベースに接続される。キャパシターＣ３は、バイアス電流ＩＤの供給ノードＮＳＤとノードＮ１との間に設けられる。
【００４７】
発振用トランジスターＢＴは、エミッター接地のバイポーラ型トランジスターであり、そのコレクターはバイアス電流ＩＤの供給ノードＮＳＤに接続され、そのエミッターはＶＳＳノードに接続される。またベースはノードＮ２に接続され、ノードＮ２の電圧ＶＢがバッファー回路ＢＵＦに入力されて、発振回路１０の出力信号ＳＱ（発振クロック信号）として出力される。
【００４８】
発振回路１０は、発振用トランジスターＢＴのコレクターとベースとの間に設けられる帰還抵抗ＲＦを含む。この帰還抵抗ＲＦを介して、電流供給回路２０からのバイアス電流ＩＤから分流したベース電流ＩＢ１が、発振用トランジスターＢＴのベースに供給されることになる。即ち、電流供給回路２０が、発振回路１０の発振用トランジスターＢＴのコレクターに対してコレクター電流供給用のバイアス電流ＩＤを供給すると、このバイアス電流ＩＤの一部がベース電流ＩＢ１として、発振用トランジスターＢＴのベースに供給されるようになる。
【００４９】
そして更に電流供給回路２０は、図１で説明した負の温度特性を有するベース電流ＩＢとして、補助ベース電流ＩＢ２を発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給する。この補助ベース電流ＩＢ２は、バイアス電流ＩＤに基づき帰還抵抗ＲＦを介して発振用トランジスターＢＴのベースへと供給される電流ＩＢ１（バイアス電流から分流したベース電流）を補助（補充）する電流である。なお、以下では、負の温度特性を有するベース電流ＩＢが補助ベース電流ＩＢ２である場合を主に例にとり説明する。但し、負の温度特性を有する本実施形態のベース電流ＩＢは、このような補助ベース電流ＩＢ２に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【００５０】
発振回路１０は抵抗Ｒ１を含む。この抵抗Ｒ１は、補助ベース電流ＩＢ２の供給ノードＮＳＢと発振用トランジスターＢＴのベースとの間に設けられる。このような抵抗Ｒ１を設けることで、補助ベース電流ＩＢ２の電流供給トランジスターＴＢ３を設けたことによる悪影響を低減できる。即ち、抵抗Ｒ１を設けないと、ノードＮ２が電流供給トランジスターＴＢ３のオン抵抗を介してＶＣＣノードに接続されて、発振回路１０の負性抵抗の低下を発生させるなど、発振動作に悪影響を及ぼすおそれがある。この点、抵抗Ｒ１を設ければ、ノードＮ２とＶＣＣノードが高抵抗により分離され、Ｒ１の抵抗値により、このようなインピーダンスの低下を抑制できるため、発振動作への悪影響を低減できるようになる。即ち、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を抑制でき、発振電力の低下や位相雑音特性の劣化等の発生を抑制できる。
【００５１】
電源供給回路２０は基準電流生成回路２４を含む。この基準電流生成回路２４は、少なくとも１つのバイポーラ型の基準電流生成トランジスター（ＢＡ１〜ＢＡＭ等）により構成され、この少なくとも１つの基準電流生成トランジスターのベースに流れる電流に基づいて、第１の基準電流ＩＲＦ１を生成する。そして電流供給回路２０は、第１の基準電流ＩＲＦ１に基づき生成される補助ベース電流ＩＢ２（広義にはベース電流）を、発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給する。
【００５２】
また基準電流生成回路２４は、少なくとも１つの基準電流生成トランジスター（ＢＡ１〜ＢＡＭ等）のコレクターに流れる電流に基づいて、第２の基準電流ＩＲＦ２を生成する。そして電流供給回路２０は、第２の基準電流ＩＲＦ２に基づき生成されるバイアス電流ＩＤを、発振用トランジスターＢＴのコレクターに対して供給する。
【００５３】
具体的には図２では、基準電流生成回路２４は、少なくとも１つの基準電流生成トランジスターとして、制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭ（第１〜第Ｍの制御信号）に基づいてオン・オフ制御されるバイポーラ型の第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）のトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭを含む。また基準電流生成回路２４は、第１、第２の基準電流ＩＲＦ１、ＩＲＦ２のデフォルト電流（デフォルトのベース電流、デフォルトのコレクター電流）を流すためのバイポーラ型のトランジスターＢＴＲを含む。
【００５４】
例えばトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭのベースとノードＮＢＳとの間には、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡＭが設けられている。これらのスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡＭは、メモリー４０の記憶内容に基づき生成される制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭによりオン・オフ制御され、これによりトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭがオン・オフ制御される。またトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭのコレクターはノードＮＢＲＦに接続されている。
【００５５】
例えば制御信号ＧＡ１がアクティブになって、スイッチ素子ＳＡ１がオンになると、トランジスターＢＡ１のベースがノードＮＢＳに接続され、これによりトランジスターＢＡ１がオンになる。また制御信号ＧＡ２がアクティブになって、スイッチ素子ＳＡ２がオンになると、トランジスターＢＡ２のベースがノードＮＢＳに接続され、これによりトランジスターＢＡ２がオンになる。トランジスターＢＡ３〜ＢＡＭ、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡＭの動作も同様である。
【００５６】
そして、第１の基準電流ＩＲＦ１は、基準電流生成トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭのうちオンになったトランジスターのベースに流れるベース電流と、トランジスターＢＴＲのベースに流れるデフォルトのベース電流により生成される。
【００５７】
また第２の基準電流ＩＲＦ２は、基準電流生成トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭのうちオンになったトランジスターのコレクターに流れるコレクター電流と、トランジスターＢＴＲのコレクターに流れるデフォルトのコレクター電流により生成される。
【００５８】
例えば制御信号ＧＡ１によりスイッチ素子ＳＡ１がオンとなり、他のスイッチ素子ＳＡ２〜ＳＡＭがオフとなる場合を考える。この場合には、第１の基準電流ＩＲＦ１は、トランジスターＢＴＲに流れるデフォルトのベース電流に対して、オンとなったトランジスターＢＡ１に流れるベース電流を加算した電流となる。また第２の基準電流ＩＲＦ２は、トランジスターＢＴＲに流れるデフォルトのコレクター電流に対して、オンとなったトランジスターＢＡ１に流れるコレクター電流を加算した電流となる。
【００５９】
また制御信号ＧＡ１、ＧＡ２によりスイッチ素子ＳＡ１、ＳＡ２がオンとなり、他のスイッチ素子ＳＡ３〜ＳＡＭがオフとなる場合を考える。この場合には、第１の基準電流ＩＲＦ１は、トランジスターＢＴＲに流れるデフォルトのベース電流に対して、オンとなったトランジスターＢＡ１及びＢＡ２に流れるベース電流を加算した電流となる。また第２の基準電流ＩＲＦ２は、トランジスターＢＴＲに流れるデフォルトのコレクター電流に対して、オンとなったトランジスターＢＡ１及びＢＡ２に流れるコレクター電流を加算した電流となる。
【００６０】
なお図２等では、制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭをメモリー４０を用いて生成しているが、本実施形態はこれに限定されず、トリミング回路（ヒューズ回路）やレジスタ設定等により制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭを生成してもよい。
【００６１】
また図２に示すように基準電流生成回路２４は、基準バイアス電流ＩＢＳが流れるバイポーラ型の基準バイアス電流トランジスターＢＴＢと、第１の基準電流ＩＲＦ１が流れる調整トランジスターＴＣを含む。調整トランジスターＴＣは、基準バイアス電流トランジスターＢＴＢのコレクターに、そのゲートが接続され、基準バイアス電流トランジスターＢＴＢのベース及び少なくとも１つの基準電流生成トランジスター（ＢＡ１〜ＢＡＭ等）のベースに、そのソースが接続される。この調整トランジスターＴＣは、ベース電流の補償用のトランジスターであり、例えばＮ型のＭＯＳトランジスターにより実現される。また基準バイアス電流トランジスターＢＴＢに流れる基準バイアス電流ＩＢＳは、電流源ＩＳにより生成される。この基準バイアス電流ＩＢＳは、例えば温度変動に対して電流値が一定に保たれるフラットな温度特性の電流（定電流）である。
【００６２】
図２のような調整トランジスターＴＣを用いてフィードバック制御を行うことで、ベース電流の補償が行われるようになる。そして、調整トランジスターＴＣに流れる電流を、第１の基準電流ＩＲＦ１として用いることで、第１の基準電流ＩＲＦ１に負の温度特性を持たせることが可能になり、これにより補助ベース電流ＩＢ２にも負の温度特性を持たせることが可能になる。
【００６３】
また電流供給回路２０は、補助ベース電流ＩＢ２（広義にはベース電流）を供給する第１のカレントミラー回路ＣＭ１と、バイアス電流ＩＤを供給する第２のカレントミラー回路ＣＭ２を含む。
【００６４】
第１のカレントミラー回路ＣＭ１は、第１の基準電流ＩＲＦ１が流れる第１の基準電流トランジスターＴＢ１と、第１の基準電流トランジスターＴＢ１のゲート及びドレインにそのゲートが接続され、ベース電流ＩＢ２を供給する第１の電流供給トランジスターＴＢ３を含む。これらのトランジスターＴＢ１、ＴＢ３は、例えばＰ型のＭＯＳトランジスターである。
【００６５】
また第２のカレントミラー回路ＣＭ２は、第２の基準電流ＩＲＦ２が流れる第２の基準電流トランジスターＴＢ４と、第２の基準電流トランジスターＴＢ４のゲート及びドレインにそのゲートが接続され、バイアス電流ＩＤを供給する第２の電流供給トランジスターＴＢ２を含む。これらのトランジスターＴＢ４、ＴＢ２は、例えばＰ型のＭＯＳトランジスターである。
【００６６】
具体的には、電流供給トランジスターＴＢ３は、電源電圧ＶＣＣのノードとベース電流供給ノードＮＳＢとの間に設けられる。また基準電流トランジスターＴＢ１は、ＶＣＣのノード（広義には高電位側電源ノード、第１の高電位側電源ノード）と、調整トランジスターＴＣとの間に設けられる。
【００６７】
一方、電流供給トランジスターＴＢ２は、ＶＣＣをレギュレート（降圧）した電源電圧であるＶＲＥＧのノード（広義には高電位側電源ノード、第２の高電位側電源ノード）とバイアス電流供給ノードＮＳＤとの間に設けられる。また基準電流トランジスターＴＢ４は、ＶＲＥＧのノードと、ノードＮＢＲＦとの間に設けられる。なお、電源電圧ＶＲＥＧは、定電圧源２２（定電圧生成回路、レギュレーター）が電源電圧ＶＣＣに基づいて生成する。
【００６８】
図２のような第１のカレントミラー回路ＣＭ１を設けることで、負の温度特性を有する第１の基準電流ＩＲＦ１のカレントミラーにより、負の温度特性を有する補助ベース電流ＩＢ２（ベース電流）を生成して、発振用トランジスターＢＴのベースに供給できるようになる。また第２のカレントミラー回路ＣＭ２を設けることで、フラットな温度特性を有する第２の基準電流ＩＲＦ２のカレントミラーにより、フラットな温度特性を有するバイアス電流ＩＤを生成して、発振用トランジスターＢＴのコレクターに供給できるようになる。
【００６９】
図３に本実施形態の比較例の回路装置を示す。図３の比較例では、図２の本実施形態の回路装置とは異なり、負の温度特性を有するベース電流の生成回路は設けられていない。具体的には、負の温度特性を有する補助ベース電流の生成回路や、補助ベース電流の供給経路は設けられていない。そして発振用トランジスターＢＴのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗ＲＦにより、バイアス電流ＩＤの一部が、ベース電流ＩＢ１として発振用トランジスターＢＴのベースに供給される。
【００７０】
そして、前述したように発振用トランジスターＢＴの温度特性が原因で、特に低温ほどコレクター電圧ＶＣが上昇してしまうという課題がある。例えば図３において、ベース電圧ＶＢはベース・エミッター間電圧ＶＢＥと等しく、ＶＢＥは負の温度特性を有しているため、低温になるとベース電圧ＶＢ＝ＶＢＥは上昇する。そして、コレクター電圧は、ＶＣ＝ＶＢＥ＋ＩＢ１×ＲＦ＝ＶＢ＋ＩＢ１×ＲＦの関係式で表されるため、低温になるとコレクター電圧ＶＣも上昇してしまう。
【００７１】
一方、高い周波数で安定的に発振動作を行わせるためには、発振用トランジスターＢＴへ供給するバイアス電流ＩＤ（コレクター電流）を増加させる必要がある。しかしながら、バイアス電流ＩＤを増加させると、それに伴って、帰還抵抗ＲＦに流れるベース電流ＩＢ１も増加してしまう。このため、コレクター電圧ＶＣは更に上昇してしまい、電流供給トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを確保するのが難しくなる。
【００７２】
この点、図３の比較例では、発振用トランジスターＢＴに流すバイアス電流ＩＤに応じて、帰還抵抗ＲＦの抵抗値を調整することで、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑制している。
【００７３】
しかしながら、回路装置のプロセス変動や周囲温度の変化が原因で、発振用トランジスターＢＴの電流増幅率ｈｆｅが低下した場合等には、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑えることが難しくなり、回路装置の電源電圧の低電圧化の妨げとなる。
【００７４】
例えば図４（Ａ）に示すように、電流増幅率ｈｆｅは正の温度特性を有しており、低温になるとｈｆｅは減少する。ここで、電流増幅率ｈｆｅは、コレクター電流ＩＣとベース電流ＩＢ１により、ｈｆｅ＝ＩＣ／ＩＢ１と表されるため、ＩＤ＝ＩＣ＋ＩＢ１＝ｈｆｅ×ＩＢ１＋ＩＢ１＝（ｈｆｅ＋１）×ＩＢ１となる。従って、ｈｆｅが減少した場合に、十分なバイアス電流ＩＤ（コレクター電流）を流すためには、ｈｆｅが減少した分だけベース電流ＩＢ１を増加させる必要がある。ところが、ベース電流ＩＢ１を増加させると、ベース電流ＩＢ１が流れる帰還抵抗ＲＦでの電圧降下が大きくなり、コレクター電圧ＶＣは更に上昇してしまう。例えば図４（Ｂ）のように、低温になってコレクター電圧ＶＣが上昇すると、電流供給トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを確保するのが難しくなる。従って、図４（Ｃ）に示すように、低温においては、トランジスターＴＢ２から十分なバイアス電流ＩＤを供給することが困難になり、安定した発振動作を維持できなくなってしまう。
【００７５】
一方、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑えるために、帰還抵抗ＲＦの抵抗値を低く設定すると、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を招き、発振電力の低下、更には位相雑音特性の劣化等の問題を招いてしまう。即ち、帰還抵抗ＲＦの抵抗値が低くなると、電流供給トランジスターＴＢ２の寄生容量（ドレイン・サブストレート間容量等）が原因で、発振周波数でのインピーダンスが低下してしまい、発振余裕度が低下するなどして発振動作に悪影響を及ぼしてしまう。
【００７６】
このため図２では、発振用トランジスターＢＴに対してバイス電流ＩＤを供給すると共に、補助ベース電流ＩＢ２を供給する。このようにすれば、高い周波数の発振のためにバイアス電流ＩＤを増やした場合にも、帰還抵抗ＲＦを大きな抵抗値にしたままで、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑えることが可能になる。即ち、帰還抵抗ＲＦの抵抗値を高くできることで、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を抑制することが可能になる。また、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑えることで、電流供給トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを確保することができるため、バイアス電流ＩＤが飽和して安定発振が維持できなくなる事態を抑止できるようになる。
【００７７】
次に図２の本実施形態の回路装置について詳細に説明する。図２では、メモリー４０の記憶データに基づく制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭにより、基準電流ＩＲＦ２の電流値が設定される。具体的には、トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ、ＢＴＲのコレクター電流により基準電流ＩＲＦ２が生成される。この基準電流ＩＲＦ２は、フラットな温度特性の基準バイアス電流ＩＢＳから、トランジスターＢＴＢとトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ、ＢＴＲにより構成されるカレントミラー回路のカレントミラーにより生成される電流であるため、フラットな温度特性を有する。従って、この基準電流ＩＲＦ２から、カレントミラー回路ＣＭ２のカレントミラーにより生成されるバイアス電流ＩＤも、フラットな温度特性を有することになる。
【００７８】
また図２では、メモリー４０の記憶データに基づく制御信号ＧＡ１〜ＧＡＭにより、基準電流ＩＲＦ１の電流値が設定される。具体的には、トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ、ＢＴＲのベース電流により基準電流ＩＲＦ１が生成される。この基準電流ＩＲＦ１は、負の温度特性を有するベース電流により生成されるため、負の温度特性を有する。従って、この基準電流ＩＲＦ１から、カレントミラー回路ＣＭ１のカレントミラーにより生成される補助ベース電流ＩＢ２も、負の温度特性を有することになる。これにより、負の温度特性の補助ベース電流ＩＢ２を、発振用トランジスターＢＴのベースに供給できるようになる。
【００７９】
例えばＴＣＸＯにおいては、電源電圧ＶＣＣの変動があった場合にも、発振周波数を高い精度で安定させる必要がある。このため図２では、定電圧源２２（レギュレーター、定電圧生成回路）により電源電圧ＶＣＣから生成された定電圧のＶＲＥＧが、電源供給回路２０のバイアス電流用のトランジスターＴＢ２、ＴＢ４の電源として供給される。従って、このレギュレーターからの電源電圧ＶＲＥＧが例えば１．５Ｖというような低い電圧であっても、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを十分に確保して、発振用トランジスターＢＴのバイアス電流ＩＤを飽和させないようにすることが望まれる。
【００８０】
また、図２において、基準電流ＩＲＦ１は、電流供給回路２０のトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ、ＢＴＲ等のベース電流を補償する働きがあるが、温度変動やプロセス変動によってトランジスターの電流増幅率ｈｆｅが変動すると、それに連動して基準電流ＩＲＦ１の電流値も変化する。従って、発振用トランジスターＢＴの温度特性を補正する形態で、発振用トランジスターＢＴのベースに補助ベース電流ＩＢ２を供給できるようになる。
【００８１】
さて、図２の本実施形態の回路装置では、電流供給回路２０が、バイアス電流ＩＤに加えて、補助ベース電流ＩＢ２を発振回路１０に供給することで、上述のように発振用トランジスターＢＴのコレクター電圧ＶＣの上昇を抑制している。
【００８２】
この場合に本実施形態では、上述のように補助ベース電流ＩＢ２に対して負の温度特性を持たせているが、ここでは、まず、図５（Ａ）を用いて、負の温度特性を有しない補助ベース電流ＩＢ２を供給した場合について説明する。
【００８３】
例えば発振周波数が３８．４ＭＨｚであり、この周波数での安定発振に必要なコレクター電流が４００μＡである場合を想定する。このとき、電流増幅率のティピカル値がｈｆｅ＝８０であったとすると、３８．４ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は、図５（Ａ）に示すように５μＡとなる。そして図５（Ａ）では、トランジスターＴＢ３から抵抗Ｒ１を介して発振用トランジスターＢＴのベースに対して、５μＡの補助ベース電流ＩＢ２を供給している。例えば基準電流ＩＲＦ１＝２０μＡとし、トランジスターＴＢ１とＴＢ３のサイズ比（Ｗ／Ｌ比）を４：１に設定すれば、トランジスターＴＢ３から発振用トランジスターＢＴのベースに対して、５μＡの補助ベース電流ＩＢ２が供給されるようになる。
【００８４】
そして上述のように、３８．４ＭＨｚの安定発振に必要なベース電流は５μＡであるため、バイアス電流ＩＤから帰還抵抗ＲＦを介して発振用トランジスターＢＴのベースに分流されるベース電流ＩＢ１は、図５（Ａ）では例えば０μＡになる。従って、帰還抵抗ＲＦでの電圧降下は生じず、コレクター電圧ＶＣを低い電圧に維持できる。例えば前述のように、ＶＣ＝ＶＢＥ＋ＩＢ１×ＲＦ＝ＶＢ＋ＩＢ１×ＲＦと表される。従って、ベース電圧がＶＢ＝ＶＢＥ＝０．６Ｖである場合には、コレクター電圧もＶＣ＝ＶＢ＋０×ＲＦ＝ＶＢ＝０．６Ｖとなる。このため、例えば電源電圧ＶＲＥＧが１．５Ｖというように低い電圧であったとしても、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを確保できる。
【００８５】
また、例えば低温状態（−４０度）になり、ベース・エミッター間電圧ＶＢＥが例えば０．６Ｖから０．８Ｖに上昇したとしても、コレクター電圧ＶＣは０．８Ｖとなるため、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを確保できる。
【００８６】
また、プロセス変動や低温状態において、電流増幅率がｈｆｅ＝４０というように低めに振れたとする。この場合には、３８．４ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は、図５（Ａ）に示すように１０μＡとなる。そして、この１０μＡのベース電流のうち、５μＡは補助ベース電流ＩＢ２により補充されるため、帰還抵抗ＲＦに流れるベース電流ＩＢ１は５μＡになる。このため、帰還抵抗ＲＦでの電圧降下は、ＲＦ＝５０ＫΩとすると、０．２５Ｖとなる。従って、コレクター電圧はＶＣ＝ＶＢＥ＋ＩＢ１×ＲＦ＝０．６＋０．２５＝０．８５Ｖとなるため、ＶＤＳを確保できる。
【００８７】
更に、低温状態において、ベース・エミッター間電圧ＶＢＥが０．８Ｖに上昇したとしても、ＶＣ＝０．８＋０．２５＝１．０５Ｖとなるため、電源電圧ＶＲＥＧが１．５Ｖであったとしても、安定したバイアス電流ＩＤの供給が可能になる。また本実施形態によれば、帰還抵抗ＲＦを、５０ＫΩというように十分に大きな抵抗値に確保できるため、トランジスターＴＢ２の寄生容量に起因する、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を抑止することができ、安定した発振余裕度を確保することができる。
【００８８】
一方、プロセス変動や高温状態において、電流増幅率がｈｆｅ＝１６０というように高めに振れたとする。この場合には、３８．４ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は、図５（Ａ）に示すように２．５μＡとなる。そして、５μＡの補助ベース電流ＩＢ２が供給されるため、ベース電流が２．５μＡだけ過剰になり、帰還抵抗ＲＦを介してベース側からコレクター側にＩＢ１＝２．５μＡの電流が流れる。これにより、コレクター電圧ＶＣがベース電圧ＶＢよりも０．１２５Ｖだけ低下するが、発振用トランジスターＢＴの発振動作を継続することは可能になる。
【００８９】
以上のように、図５（Ａ）のように補助ベース電流ＩＢ２が負の温度特性を持たず、フラットな温度特性であったとしても、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑制して、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳもある程度確保できるようになる。
【００９０】
しかしながら、発振周波数の範囲が広範囲になった場合や、電流増幅率ｈｆｅ等のプロセス変動や温度変動が大きい場合には、図５（Ａ）のように補助ベース電流ＩＢ２の温度特性がフラットのままであると、これに対応できないおそれがある。例えば図５（Ａ）において、高温状態になって電流増幅率ｈｆｅが大きくなった場合には、発振用トランジスターＢＴのベース側からコレクター側に電流が逆流するようになり、コレクター電圧ＶＣが低下してしまう。そして、このコレクター電圧ＶＣの電圧降下が大きいと、発振用トランジスターＢＴの飽和動作を保証できなくなるおそれがある。
【００９１】
そこで本実施形態では図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すように、補助ベース電流ＩＢ２（広義にはベース電流）に対して負の温度特性を持たせている。
【００９２】
図５（Ｂ）は、発振周波数が例えば３８．４ＭＨｚであり、この周波数での安定発振に必要なコレクター電流が例えば４００μＡである場合の例である。このとき、電流増幅率ｈｆｅがティピカル値である８０である場合には、この周波数での安定発振に必要なベース電流は５μＡとなる。そして図５（Ｂ）に示すように、この５μＡのベース電流のうちの４μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの１μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【００９３】
一方、低温状態において、電流増幅率ｈｆｅが低めに振れて例えば４０になると、３８．４ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は１０μＡになる。そして図５（Ｂ）に示すように、この１０μＡのベース電流のうちの９μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの１μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【００９４】
この場合に図５（Ａ）のように補助ベース電流ＩＢ２の温度特性がフラットであると、ベース電流ＩＢ１は５μＡとなり、帰還抵抗ＲＦ（＝５０ＫΩ）での電圧降下により、コレクター電圧ＶＣが０．２５Ｖだけ上昇してしまう。
【００９５】
この点、図５（Ｂ）のように補助ベース電流ＩＢ２に負の温度特性を持たせれば、低温状態では補助ベース電流ＩＢ２が４μＡから９μＡというように増加するため、帰還抵抗ＲＦに流れるベース電流ＩＢ１の電流値を、１μＡというように図５（Ａ）に比べて低い値に抑えることができる。従って、帰還抵抗ＲＦ（＝５０ＫΩ）での電圧降下は０．０５Ｖとなり、図５（Ａ）に比べてコレクター電圧ＶＣの上昇を更に抑制することが可能になる。これにより、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを十分に確保できるようになる。
【００９６】
また、高温状態において、電流増幅率ｈｆｅが高めに振れて例えば１６０になると、３８．４ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は２．５μＡになる。そして図５（Ｂ）に示すように、この２．５μＡのベース電流のうちの１．５μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの１μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【００９７】
この場合に図５（Ａ）のように補助ベース電流ＩＢ２の温度特性がフラットであると、ベース電流ＩＢ１が−２．５μというように負の電流値となり、発振用トランジスターＢＴのベース側からコレクター側にベース電流ＩＢ１が逆流して、コレクター電圧ＶＣが不必要に低下してしまうおそれがある。
【００９８】
この点、図５（Ｂ）のように補助ベース電流ＩＢ２に負の温度特性を持たせれば、高温状態では補助ベース電流ＩＢ２が４μＡから１．５μＡというように減少するため、図５（Ａ）のようにベース電流ＩＢ１が逆流してしまう事態を防止できる。従って、コレクター電圧ＶＣが不必要に低下して、発振用トランジスターＢＴの飽和動作を維持できなくなるような事態の発生を、効果的に防止できるようになる。
【００９９】
図５（Ｃ）は、発振周波数が例えば５２ＭＨｚであり、この周波数での安定発振に必要なコレクター電流が例えば８００μＡである場合の例である。このとき、電流増幅率ｈｆｅがティピカル値である８０である場合には、この周波数での安定発振に必要なベース電流は１０μＡとなる。そして図５（Ｃ）に示すように、この１０μＡのベース電流のうちの８μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの２μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【０１００】
一方、低温状態において、電流増幅率ｈｆｅが低めに振れて例えば４０になると、５２ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は２０μＡになる。そして図５（Ｃ）に示すように、この２０μＡのベース電流のうちの１８μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの２μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【０１０１】
そして、このようにベース電流ＩＢ１が２μＡであれば、帰還抵抗ＲＦ（＝５０ＫΩ）での電圧降下は０．１Ｖとなり、コレクター電圧ＶＣの上昇を十分に抑制することが可能になる。従って、発振周波数が３８．４ＭＨｚから５２ＭＨｚというように上昇した場合にも、トランジスターＴＢ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを十分に確保して、安定した発振動作を実現できるようになる。
【０１０２】
また、高温状態において、電流増幅率ｈｆｅが高めに振れて例えば１６０になると、５２ＭＨｚの周波数での安定発振に必要なベース電流は５μＡになる。そして図５（Ｃ）に示すように、この５μＡのベース電流のうちの３μＡが、補助ベース電流ＩＢ２により供給され、残りの２μＡが、帰還抵抗ＲＦを介したベース電流ＩＢ１により供給されることになる。
【０１０３】
従って、発振周波数が３８．４ＭＨｚから５２ＭＨｚというように上昇した場合においても、ベース電流ＩＢ１の逆流によりコレクター電圧ＶＣが不必要に低下して、発振用トランジスターＢＴの飽和動作を維持できなくなるような事態の発生を、効果的に防止できるようになる。
【０１０４】
例えば図６（Ａ）では、外部の電源電圧ＶＣＣから定電圧源２２により生成された電源電圧ＶＲＥＧは１．５Ｖとなっている。この場合に、従来では図６（Ａ）のＢ１に示すように、低温状態になった場合に、コレクター電圧ＶＣが高くなって、電源電圧ＶＲＥＧに近づいてしまい、トランジスターＴＢ２のドレイ・ソース間電圧ＶＤＳを確保できなくなってしまう。このため図６（Ｂ）のＢ２、Ｂ３に示すように、バイアス電流ＩＤが飽和してしまい、安定した発振動作を実現できなくなってしまう。
【０１０５】
この点、本実施形態によれば、例えば図６（Ａ）のＡ１に示すように、低温状態でのコレクター電圧ＶＣの上昇を抑制できるため、トランジスターＴＢ２のドレイ・ソース間電圧ＶＤＳを十分に確保することが可能になる。このため図６（Ｂ）のＡ２、Ａ３に示すように、バイアス電流ＩＤが飽和してしまう事態を抑制することができ、安定した発振動作を実現できるようになる。
【０１０６】
特に本実施形態によれば、図６（Ｂ）のＡ２、Ａ３に示すように、発振周波数が３８．４ＭＨｚである場合のみならず、発振周波数が５２ＭＨｚである場合にも、バイアス電流ＩＤが飽和してしまう事態を効果的に抑制できる。即ち、３８．４ＭＨｚよりも高い５２ＭＨｚの発振周波数で動作させるために、バイアス電流ＩＤを例えば４００μから８００μＡに増加させた場合に、本実施形態では、基準電流ＩＲＦ１自体もそれに連動して増加する。従って、補助ベース電流ＩＢ２の供給能力が低下することなく、コレクター電圧ＶＣの上昇を抑制することが可能となり、広範囲の発振周波数において、安定したバイアス電流ＩＤを供給して、安定した発振動作を維持できるようになる。
【０１０７】
以上のように本実施形態によれば、プロセス変動や周囲温度の変化に起因して、発振用トランジスターＢＴの電流増幅率ｈｆｅが大きく変動した場合にも、発振用トランジスターＢＴのコレクター電圧ＶＣの上昇を低く抑えることができ、電源電圧の低電圧化等を図れるようになる。
【０１０８】
また、発振用トランジスターＢＴの補助ベース電流ＩＢ２（ベース電流）に負の温度特性を持たせているため、帰還抵抗ＲＦに流れる電流ＩＢ１を、広い温度範囲に亘って軽減することが可能になる。これにより、帰還抵抗ＲＦの抵抗値を高くすることができ、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を抑えることができる。従って、十分な発振電力を得ることができる。また、発振電力が上がることから、位相雑音のノイズフロアーを低減することができ、低ノイズ化等も実現できるようになる。
【０１０９】
また本実施形態では、基準電流ＩＲＦ１については、バイポーラ型のトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ等のベース電流により生成している。そして、この基準電流ＩＲＦ１を、カレントミラー回路ＣＭ１によりカレントミラーすることで、補助ベース電流ＩＢ２を生成して、発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給している。
【０１１０】
また本実施形態では、基準電流ＩＲＦ２については、バイポーラ型のトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ等のコレクター電流により生成している。そして、この基準電流ＩＲＦ２を、カレントミラー回路ＣＭ２によりカレントミラーすることで、バイアス電流ＩＤを生成して、発振用トランジスターＢＴのコレクターに対して供給している。
【０１１１】
即ち、本実施形態では、トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ等のベース電流により生成された補助ベース電流ＩＢ２が、発振用トランジスターＢＴのベースに供給され、トランジスターＢＡ１〜ＢＡＭ等のコレクター電流により生成されたバイアス電流ＩＤが、発振用トランジスターＢＴのコレクターに供給されるようになる。従って、プロセス変動や温度変動によるトランジスターの特性の変化を効果的に相殺することが可能になる。
【０１１２】
また本実施形態では、ベース電流の補償用に用いられる調整トランジスターＴＣを有効活用して、基準電流ＩＲＦ１に負の温度特性を持たせて、補助ベース電流ＩＢ２に負の温度特性を持たせることに成功している。従って、補助ベース電流ＩＢ２の負の温度特性を、最小限の回路追加で実現することが可能になる。そして補助ベース電流ＩＢ２に負の温度特性を持たせることで、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）等で説明したように、より広範囲の発振周波数に対応して、より広い温度範囲で安定した発振動作を維持することに成功している。
【０１１３】
３．第２の構成例
図７に本実施形態の回路装置の詳細な第２の構成例を示す。なお、本実施形態の回路装置の構成は図７の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１１４】
図７の第２の構成例では、補助ベース電流を供給するトランジスターのサイズが調整可能になっている点が、図２の第１の構成例と異なっている。なお、図２の第１の構成例と同様の部分については、同じ符号を付けて詳細な説明を適宜省略する。
【０１１５】
図７の第２の構成例では、電流供給回路２０は、制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮに基づいて電流値が可変に制御される補助ベース電流ＩＢ２（広義にはベース電流）を、発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給する。即ち、電流供給回路２０は、メモリー４０からの制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮの設定により、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を可変に制御する。
【０１１６】
具体的には、電流供給回路２０は、少なくとも１つの電流供給トランジスターＴＢ３として、ＶＣＣのノードと、補助ベース電流ＩＢ２の供給ノードＮＳＢとの間に並列に設けられる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のトランジスターＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎを含む。これらの第１〜第ＮのトランジスターＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎは例えばＰ型のＭＯＳトランジスターである。
【０１１７】
また、電流供給回路２０は、第１〜第ＮのトランジスターＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎに対して直列に設けられ、制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮに基づいてオン・オフ制御される第１〜第Ｎのスイッチ素子ＳＢ１〜ＳＢＮを含む。これらのスイッチ素子は例えばＭＯＳトランジスターなどにより実現できる。
【０１１８】
例えばトランジスターＴＢ３１とスイッチ素子ＳＢ１は、ＶＣＣのノードとノードＮＳＢの間に直列に設けられる。トランジスターＴＢ３２〜ＴＢ３Ｎとスイッチ素子ＳＢ２〜ＳＢＮの接続関係も同様である。そして、制御信号ＧＢ１によりスイッチ素子ＳＢ１がオンになると、トランジスターＴＢ３１からの電流が、補助ベース電流ＩＢ２として供給されるようになる。また制御信号ＧＢ１、ＧＢ２によりスイッチ素子ＳＢ１、ＳＢ２がオンになると、トランジスターＴＢ３１及びＴＢ３２の両方からの電流が、補助ベース電流ＩＢ２として供給されるようになり、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を増やすことが可能になる。
【０１１９】
なお図７ではメモリー４０の記憶内容に基づいて制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮを生成しているが、トリミング回路やレジスター設定により制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮを生成してもよい。
【０１２０】
以上に説明した図７の第２の構成例によれば、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を、制御信号ＧＢ１〜ＧＢＮの設定により可変に制御することが可能になる。これにより、発振用トランジスターＢＴの電流増幅率ｈｆｅのバラツキに応じて、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を最適に設定することが可能になる。例えば電流増幅率ｈｆｅがプロセス変動等によりばらついた場合にも、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を最適に設定して、コレクター電圧ＶＣ等を最適に設定することが可能になる。
【０１２１】
例えば電流増幅率ｈｆｅが低くなった場合には、基準電流ＩＲＦ１の電流値が増えるため、ノードＮＳＢに接続されるトランジスターＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎの個数を減らして、ＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎにより構成されるトランジスターＴＢ３のサイズを小さくする。これにより、電流増幅率ｈｆｅが低くなった場合にも、所望の補助ベース電流ＩＢ２を得ることが可能になる。
【０１２２】
一方、電流増幅率ｈｆｅが高くなった場合には、基準電流ＩＲＦ１の電流値が減少するため、ノードＮＳＢに接続されるトランジスターＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎの個数を増やして、ＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎにより構成されるトランジスターＴＢ３のサイズを大きくする。これにより、電流増幅率ｈｆｅが高くなった場合にも、所望の補助ベース電流ＩＢ２を得ることが可能になる。
【０１２３】
４．第３の構成例
図８に本実施形態の回路装置の詳細な第３の構成例を示す。なお、本実施形態の回路装置の構成は図８の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１２４】
図８の第３の構成例では、電流供給回路２０の基準電流生成回路２４に、初期電流トランジスターＢＡＩとダイオードＤＩを設けた点が、図２の第１の構成例と異なっている。なお、図２、図７の第１、第２の構成例と同様の部分については、同じ符号を付けて詳細な説明を適宜省略する。また本実施形態の回路装置は、図２、図７、図８の特徴を組み合わせた構成であってもよい。
【０１２５】
図８の第３の構成例の初期電流トランジスターＢＡＩは、トランジスターＳＡ１〜ＳＡＭ等（広義には少なくとも１つの基準電流生成トランジスター）と並列に設けられる。そして初期電流トランジスターＢＡＩは、第１の基準電流ＩＲＦ１の初期電流ＩＲＦ０が、そのベースに流れるバイポーラ型のトランジスタである。
【０１２６】
また、ダイオードＤＩは、ＶＲＥＧのノード（広義には高電位側電源ノード）と初期電流トランジスターＢＡＩのコレクターとの間に設けられ、初期電流トランジスターＢＡＩのコレクターに対して電流（初期電流生成のための電流）を供給する。
【０１２７】
この第３の構成例によれば、基準バイアス電流トランジスターＢＴＢと初期電流トランジスターＢＡＩのサイズ比によって、基準電流ＩＲＦ１の初期電流値を制御することで、補助ベース電流ＩＢ２の電流値を柔軟に設定することが可能になる。ここで初期電流値は、例えばトランジスターＢＡ１〜ＢＡＭに接続されるスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡＭが全てオフ状態である時の電流値である。
【０１２８】
例えば電流増幅率ｈｆｅが高くなったことで基準電流ＩＲＦ１の電流値を増やせないような場合に、初期電流トランジスターＢＡＩによるカレントミラー回路を追加することで、基準電流ＩＲＦ１の電流値を実質的に増やすことが可能になる。そして、基準電流ＩＲＦ１の電流値を増やすことができれば、トランジスターＴＢ３のサイズをそれほど増やすことなく、十分な補助ベース電流ＩＢ２を発振用トランジスターＢＴのベースに対して供給できるようになる。そして、トランジスターＴＢ３のサイズを小さくできれば、トランジスターＴＢ３の寄生容量（ドレイン・サブストレート間容量等）を減らすことができる。これにより、この寄生容量に起因する発振動作への悪影響を低減できるようになる。即ち、発振の閉ループ内のインピーダンス低下を抑制でき、発振電力の低下や位相雑音特性の劣化等の発生を抑制できるようになる。
【０１２９】
５．電子機器
図９に本実施形態の回路装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、本実施形態の回路装置５００、水晶振動子等の発振子ＸＴＡＬ、アンテナＡＴＮ、通信部５１０、処理部５２０を含む。また操作部５３０、表示部５４０、記憶部５５０を含むことができる。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１３０】
図９の電子機器としては、例えば携帯型情報端末（携帯電話、スマートフォーン）、生体計測機器（脈拍計、歩数計等）、映像機器（デジタルカメラ、ビデオカメラ）などの種々の機器を想定できる。
【０１３１】
通信部５１０（無線回路）は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部５２０は、電子機器の制御処理や、通信部５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。この処理部５２０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現される。
【０１３２】
操作部５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部５３０としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが表示部５４０の機能を兼ねることになる。記憶部５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーやＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などにより実現できる。
【０１３３】
図９の電子機器に本実施形態の回路装置を適用すれば、例えば高周波数で高精度の発振クロック信号を電子機器の各部に供給して動作させることが可能になる。そして、温度変動やプロセス変動によっても、高精度で安定した発振クロック信号を供給できるため、電子機器の性能や信頼性等を向上できるようになる。
【０１３４】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、発振装置、電子機器の構成・動作や、ベース電流・バイアス電流の供給手法・調整手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
ＸＴＡＬ  発振子、ＢＴ  発振用トランジスター、ＲＦ  帰還抵抗、Ｒ１  抵抗、
ＩＤ  バイアス電流、ＩＢ、ＩＢ１  ベース電流、ＩＢ２  補助ベース電流、
Ｃ１〜Ｃ３  第１〜第３のキャパシター、ＢＵＦ  バッファー回路、
ＣＭ１、ＣＭ２  カレントミラー回路、ＴＢ１、ＴＢ４  基準電流トランジスター、
ＴＢ２、ＴＢ３（ＴＢ３１〜ＴＢ３Ｎ）  電流供給トランジスター、
ＢＡ１〜ＢＡＭ  トランジスター、ＳＡ１〜ＳＡＭ、ＳＢ１〜ＳＢＮ  スイッチ素子、
ＧＡ１〜ＧＡＭ、ＧＢ１〜ＧＢＮ  制御信号、
ＴＣ  調整トランジスター、ＩＳ  電流源、
ＢＴＢ  基準バイアス電流トランジスター、
ＢＴＩ  初期電流トランジスター、ＤＩ  ダイオード、
１０  発振回路、２０  電流供給回路、２２  定電圧源、２４  基準電流生成回路、
２８  温度補償電圧発生回路、３０  制御回路、４０  メモリー、
５００  回路装置、５１０  通信部、５２０  処理部、５３０  操作部、
５４０  表示部、５５０  記憶部
【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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