(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成した抵抗と基準電圧とから内部基準電流を生成する内部基準電流生成手段と、半導体基板外に設けた抵抗と基準電圧とから外部基準電流を生成する外部基準電流生成手段とを発振手段に接続して、前記内部基準電流と前記外部基準電流とによって発振周波数を制御できるべく構成した電圧制御発振器において、
前記外部基準電流生成手段によって生成した前記外部基準電流を増減させるための外部基準電流増減手段を具備し、
前記電圧制御発振器は、
第１トランジスタ及び第２トランジスタのエミッタ端子間にコンデンサを介設するとともに、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのエミッタとグランド端子との間にそれぞれ第１電流源及び第２電流源を介設し、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのコレクタ端子と電源端子との間にそれぞれ第１ダイオード及び第２ダイオードを介設するとともに、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのコレクタ端子をエミッタフォロワの第３トランジスタ及び第４トランジスタを介して第５トランジスタ及び第６トランジスタのベース端子にそれぞれ接続し、さらには、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのベース端子にそれぞれ第１出力端子及び第２出力端子を帰還接続しており、
前記第５トランジスタ及び前記第６トランジスタは、エミッタ端子同士を接続するとともに、エミッタ端子とグランド端子とを第５電流源を介して接続し、一方、コレクタ端子と電源端子とをそれぞれ抵抗を介して接続するとともに、コレクタ端子にエミッタフォロワの第７トランジスタ及び第８トランジスタを介してそれぞれ前記第１出力端子及び前記第２出力端子を接続し、
前記第５電流源は、前記内部基準電流生成手段に接続されており、前記内部基準電流生成手段から出力される内部基準電流だけ通電し、
前記第１電流源及び前記第２電流源は、前記外部基準電流生成手段に接続されており、前記外部基準電流増減手段から出力される外部基準電流だけ通電する
ことを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】
前記外部基準電流増減手段は、前記半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値に応じて前記外部基準電流を増減させるべく構成したことを特徴とする請求項１記載の電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体装置に内蔵される発振器として電圧制御発振器が広く使用されている。この電圧制御発振器は、外部から印加する電圧によって発振周波数を制御することができる発振回路を半導体基板上に形成したものである。
【０００３】
代表的な電圧制御発振器の構成について説明すると、図４及び図５に示すように、電圧制御発振器100は、半導体基板内に形成した抵抗と基準電圧とから内部基準電流Io'を生成する内部基準電流生成手段101と、半導体基板外に設けた抵抗と基準電圧とから外部基準電流Ix'を生成する外部基準電流生成手段102とを、エミッタ結合マルチバイブレータからなる発振手段103に接続して、内部基準電流Io'と外部基準電流Ix'とに応じた周波数で発振を行うように構成している（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この電圧制御発振器100の発振周波数fo'は、抵抗R101,R102の抵抗値をR'、コンデンサC101の容量をC'とすると、
fo'＝Ix'／（２・C'・R'・Io'）  ・・・（１）
と表される。
【０００５】
ここで、基準電圧として各半導体基板固有の電圧値を示すバンドギャップ電圧VBGを用いた場合には、内部基準電流生成手段101で用いる半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値をRo'、外部基準電流生成手段102で用いる半導体基板外に設けた抵抗の抵抗値をRx'とすると、内部基準電流Io'と外部基準電流Ix'とは、
Io'＝VBG／Ro'  ・・・（２）
Ix'＝VBG／Rx'  ・・・（３）
とそれぞれ表される。
【０００６】
したがって、発振周波数fo'は、式（１）〜式（３）から、
0003909586.tif 000002
と表される。
【０００７】
ここで、抵抗R101,R102は内部基準電流生成手段101で用いる抵抗と同様に半導体基板内に形成される抵抗であり、これらの半導体基板内に形成される抵抗の製造時の個体差はほぼ等しくなると考えることができることから、抵抗値R'の個体差と抵抗値Ro'の個体差とは略同一であると考えられる。
【０００８】
そのため、発振周波数の個体差は、式（４）において抵抗値R'の個体差と抵抗値Ro'の個体差とが相殺されることから、容量C'と抵抗値Rx'との個体差だけに依存すると考えられる。
【０００９】
さらに、半導体基板外に設けた抵抗として高精度の抵抗（抵抗値Rx'の個体差が無視し得る抵抗）を使用した場合には、発振周波数の個体差は、半導体基板内に形成したコンデンサC101の容量C'の個体差だけに依存すると考えられる。
【００１０】
そして、半導体基板内に形成したコンデンサC101の容量C'の個体差は、半導体装置製造プロセスにおいて可及的に小さくすることができる。
【００１１】
このように、上記従来の電圧制御発振器100では、半導体基板内に形成される抵抗R101,R102の製造時の個体差がほぼ等しくなると仮定するとともに、半導体基板外に設けた抵抗として高精度の抵抗を使用することで、安定した発振周波数で発振を行うものと考えられていた。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２４６９２２号公報（図８）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の電圧制御発振器100にあっては、半導体基板内に形成される抵抗の製造時の個体差がほぼ等しくなると考えることができることから、抵抗値R'の個体差と抵抗値Ro'の個体差とが相殺され発振周波数が安定すると仮定していたが、実際には、半導体基板内に形成される抵抗R101,R102の抵抗値R'に個体差が生じていると、以下に説明する理由によって発振周波数にも個体差が生じるおそれがあった。
【００１４】
すなわち、電圧制御発振器100の発振手段103を半導体基板上に形成した場合には、トランジスタQ105,Q106のコレクタ端子と半導体基板との間、及びトランジスタQ105,Q106と抵抗R101,R102とを接続する配線と半導体基板との間に寄生容量が生じている。そのため、この寄生容量と抵抗R101,R102の抵抗値との積で表される時定数によって、トランジスタQ105,Q106のコレクタ端子の出力波形が鈍ることになり、これにより、発振周波数にずれが生じてしまう。
【００１５】
このように、半導体基板内に形成される抵抗R101,R102の抵抗値R'に個体差が生じていると、かかる個体差だけが発振周波数に影響を及ぼすのではなく、抵抗値R'と寄生容量との積が発振周波数に影響を及ぼすことになるため、抵抗値R'の個体差によって発振周波数にも個体差が生じてしまうのである。
【００１６】
そのため、従来の電圧制御発振器にあっては、発振周波数の高精度化の要求を満足させることができないおそれがあった。
【００１７】
そこで、本発明では、半導体基板内に形成した抵抗に個体差が生じていても、外部基準電流生成手段で生成する外部基準電流を増減することで、所定の発振周波数で安定して発振を行うことができる電圧制御発振器を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る本発明では、半導体基板内に形成した抵抗と基準電圧とから内部基準電流を生成する内部基準電流生成手段と、半導体基板外に設けた抵抗と基準電圧とから外部基準電流を生成する外部基準電流生成手段とを発振手段に接続して、内部基準電流と外部基準電流とによって発振周波数を制御できるべく構成した電圧制御発振器において、外部基準電流生成手段によって生成した外部基準電流を増減させるための外部基準電流増減手段を具備し、前記電圧制御発振器は、第１トランジスタ及び第２トランジスタのエミッタ端子間にコンデンサを介設するとともに、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのエミッタとグランド端子との間にそれぞれ第１電流源及び第２電流源を介設し、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのコレクタ端子と電源端子との間にそれぞれ第１ダイオード及び第２ダイオードを介設するとともに、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのコレクタ端子をエミッタフォロワの第３トランジスタ及び第４トランジスタを介して第５トランジスタ及び第６トランジスタのベース端子にそれぞれ接続し、さらには、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのベース端子にそれぞれ第１出力端子及び第２出力端子を帰還接続しており、前記第５トランジスタ及び前記第６トランジスタは、エミッタ端子同士を接続するとともに、エミッタ端子とグランド端子とを第５電流源を介して接続し、一方、コレクタ端子と電源端子とをそれぞれ抵抗を介して接続するとともに、コレクタ端子にエミッタフォロワの第７トランジスタ及び第８トランジスタを介してそれぞれ前記第１出力端子及び前記第２出力端子を接続し、前記第５電流源は、前記内部基準電流生成手段に接続されており、前記内部基準電流生成手段から出力される内部基準電流だけ通電し、前記第１電流源及び前記第２電流源は、前記外部基準電流生成手段に接続されており、前記外部基準電流増減手段から出力される外部基準電流だけ通電することとした。
【００１９】
また、請求項２に係る本発明では、前記外部基準電流増減手段は、半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値に応じて外部基準電流を増減させるべく構成することにした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
本発明に係る電圧制御発振器１は、図１に示すように、半導体基板内に形成した抵抗と基準電圧とから内部基準電流Ioを生成する内部基準電流生成手段２と、半導体基板外に設けた抵抗と基準電圧とから外部基準電流Ixを生成する外部基準電流生成手段３とをエミッタ結合マルチバイブレータからなる発振手段４に接続して、内部基準電流Ioと外部基準電流Ixとによって発振周波数foを制御できるように構成したものである。
【００２２】
しかも、外部基準電流生成手段３と発振手段４との間には、外部基準電流生成手段３によって生成した外部基準電流Ixを増減させるための外部基準電流増減手段５を介設したものである。
【００２３】
かかる外部基準電流増減手段５は、外部基準電流生成手段３によって生成した外部基準電流Ixを半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値に応じてα倍した外部基準電流αIxに増減させるように構成している。
【００２４】
ここで、内部基準電流生成手段３及び外部基準電流生成手段４で使用する基準電圧は、各半導体基板に固有の電圧値をとるバンドギャップ電圧VBGを利用している。
【００２５】
したがって、内部基準電流生成手段２で用いる半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値をRo、外部基準電流生成手段３で用いる半導体基板外に設けた抵抗の抵抗値をRxとすると、内部基準電流Ioと外部基準電流Ixとは、
Io＝VBG／Ro  ・・・（５）
Ix＝VBG／Rx  ・・・（６）
とそれぞれ表される。
【００２６】
発振手段４は、図２に示すように、公知のエミッタ結合マルチバイブレータ回路を用いている。
【００２７】
すなわち、一対のトランジスタQ1,Q2のエミッタ端子間にコンデンサC1を介設するとともに、両トランジスタQ1,Q2のエミッタ端子とグランド端子GNDとの間に電流源I1,I2を介設する一方、両トランジスタQ1,Q2のコレクタ端子と電源端子VCCとの間にダイオードD1,D2を介設するとともに、両トランジスタQ1,Q2のコレクタ端子にエミッタフォロワのトランジスタQ3,Q4のベース端子に接続し、さらには、両トランジスタQ1,Q2のベース端子に出力端子Tout,Toutを帰還接続している。
【００２８】
エミッタフォロワのトランジスタQ3,Q4は、コレクタ端子を電源端子VCCに接続し、エミッタ端子を電流源I3,I4を介してグランド端子GNDに接続するとともに、エミッタ端子に差動対をなすトランジスタQ5,Q6のベース端子を接続している。
【００２９】
差動対をなすトランジスタQ5,Q6は、エミッタ端子同士を接続するとともに、エミッタ端子とグランド端子GNDとを電流源I5を介して接続し、一方、コレクタ端子と電源端子VCCとを抵抗R1,R2を介して接続するとともに、コレクタ端子にエミッタフォロワのトランジスタQ7,Q8のベース端子に接続している。
【００３０】
エミッタフォロワのトランジスタQ7,Q8は、コレクタ端子を電源端子VCCに接続する一方、エミッタ端子をグランド端子GNDに電流源I6,I7を介して接続するとともに、エミッタ端子に出力端子Tout,Toutを接続している。
【００３１】
そして、電流源I5は、内部基準電流生成手段２に接続されており、内部基準電流生成手段２から出力される内部基準電流Ioだけ通電するように構成している。
【００３２】
また、電流源I1,I2は、外部基準電流生成手段３に外部基準電流増減手段５を介して接続されており、外部基準電流増減手段５から出力される外部基準電流αIxだけ通電するように構成している。
【００３３】
したがって、電圧制御発振器１の発振周波数foは、抵抗R1,R2の抵抗値をR、コンデンサC1の容量をCとすると、
fo＝αIx／（２・C・R・Io）  ・・・（７）
と表される。
【００３４】
外部基準電流増減手段５は、図３に示すように、外部基準電流生成手段３に分配回路６を接続して、外部基準電流IxをｍIxとｎIxとに分配し（Ix＝ｍIx＋ｎIx）、分配回路６の一方の出力端子に内部抵抗Roと外部抵抗Rxとの比で電流増幅を行う増幅回路７を接続して電流ｎIxをRo／Rx倍し、その後、電流ｍIxとRo／Rx倍した電流ｎIxとを加算して出力するようにしている。ここで、内部抵抗Roは、半導体基板上に形成された抵抗であり、外部抵抗Rxは、半導体基板外に設けた抵抗である。
【００３５】
すなわち、外部基準電流増減手段５は、外部基準電流Ixが入力され、ｍIx＋（Ro／Rx）・ｎIxを外部基準電流αIxとして出力するように構成している。ここで、α＝ｍ＋（Ro／Rx）・ｎとなる。
【００３６】
したがって、外部基準電流増減手段５は、半導体基板上に形成される内部抵抗Roの抵抗値に依存した外部基準電流αIxを出力する。すなわち、半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも増加した場合には、外部基準電流αIxも増加し、一方、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも低下した場合には、外部基準電流αIxも低下する。
【００３７】
そのため、本電圧制御発振器１では、半導体装置の製造プロセスにおいて半導体基板上に形成した抵抗に固体差が生じても、それに応じて外部基準電流αIxが増減し、その結果、安定した発振周波数foで発振を行うことができるようになる。
【００３８】
すなわち、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも増加した場合には、トランジスタQ5,Q6のコレクタ端子と半導体基板との間、及びトランジスタQ5,Q6と抵抗R1,R2とを接続する配線と半導体基板との間に生じる寄生容量C2,C3の影響によって、トランジスタQ5,Q6のコレクタ端子から出力される波形が鈍り、発振周波数foが低下する方向に作用する。
【００３９】
一方、前述したように、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも増加した場合には、外部基準電流αIxも増加し、式（７）より、発振周波数foが増加する方向に作用する。
【００４０】
したがって、電圧制御発振器１は、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも増加した場合には、寄生容量C2,C3の影響による発振周波数foの低下と外部基準電流αIxの増加による発振周波数foの増加とが相殺しあって、結果として、安定した発振周波数foで発振を行う。
【００４１】
また、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも低下した場合には、トランジスタQ5,Q6のコレクタ端子と半導体基板との間、及びトランジスタQ5,Q6と抵抗R1,R2とを接続する配線と半導体基板との間に生じる寄生容量C2,C3の影響によって、トランジスタQ5,Q6のコレクタ端子から出力される波形が急峻になり、発振周波数foが増加する方向に作用する。
【００４２】
一方、前述したように、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも低下した場合には、外部基準電流αIxも低下し、式（７）より、発振周波数foが低下する方向に作用する。
【００４３】
したがって、電圧制御発振器１は、半導体基板上に形成される抵抗の抵抗値が設定値よりも低下した場合には、寄生容量C2,C3の影響による発振周波数foの増加と外部基準電流αIxの低下による発振周波数foの低下とが相殺しあって、結果として、安定した発振周波数foで発振を行う。
【００４４】
以上のように、本電圧制御発振器１では、外部基準電流生成手段３によって生成した外部基準電流Ixを増減させるための外部基準電流増減手段５を設けているため、半導体基板内に形成した発振手段４を構成する抵抗の抵抗値に個体差が生じても、外部基準電流増減手段５で外部基準電流Ixを増減させることで、発振周波数foを補正することができ、これにより、安定した発振周波数foを保持することができ、電圧制御発振器１の精度を向上させることができる。
【００４５】
特に、本電圧制御発振器１では、外部基準電流増減手段５によって、半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値に応じて外部基準電流Ixを増減させるようにしているため、半導体基板内に形成した発振手段４を構成する抵抗の抵抗値に個体差が生じても、外部基準電流増減手段５で外部基準電流Ixを自動的に増減させて発振周波数foを補正することができ、これによっても、安定した発振周波数foを保持することができ、電圧制御発振器１の精度を向上させることができる。
【００４６】
なお、外部基準電流増減手段５は、図３に示した回路に限られず、外部基準電流生成手段３で生成した外部基準電流Ixを増減できる構成としたものでよく、特に、半導体基板上に形成した抵抗の抵抗値に依存して外部基準電流Ixを増減できる構成としたものが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４８】
すなわち、請求項１に係る本発明では、半導体基板内に形成した抵抗と基準電圧とから内部基準電流を生成する内部基準電流生成手段と、半導体基板外に設けた抵抗と基準電圧とから外部基準電流を生成する外部基準電流生成手段とを発振手段に接続して、前記内部基準電流と前記外部基準電流とによって発振周波数を制御できるべく構成した電圧制御発振器において、外部基準電流生成手段によって生成した外部基準電流を増減させるための外部基準電流増減手段を設けているため、半導体基板内に形成した発振手段を構成する抵抗の抵抗値に個体差が生じても、外部基準電流増減手段で外部基準電流を増減させることで、発振周波数を補正することができ、これにより、安定した発振周波数を保持することができ、電圧制御発振器の精度を向上させることができる。
【００４９】
また、請求項２に係る本発明では、外部基準電流増減手段によって、前記半導体基板内に形成した抵抗の抵抗値に応じて外部基準電流を増減させるようにしているため、半導体基板内に形成した発振手段を構成する抵抗の抵抗値に個体差が生じても、外部基準電流増減手段で外部基準電流を自動的に増減させて発振周波数を補正することができ、これによっても、安定した発振周波数を保持することができ、電圧制御発振器の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電圧制御発振器を示す説明図。
【図２】発振手段を示す回路図。
【図３】外部基準電流増減手段を示す説明図。
【図４】従来の電圧制御発振器を示す説明図。
【図５】従来の発振手段を示す回路図。
【符号の説明】
１  電圧制御発振器
２  内部基準電流生成手段
３  外部基準電流生成手段
４  発振手段
５  外部基準電流増減手段
６  分配回路
７  増幅器
Io  内部基準電流
Ix  外部基準電流
【図１】
0003909586.tif 000003
【図２】
0003909586.tif 000004
【図３】
0003909586.tif 000005
【図４】
0003909586.tif 000006
【図５】
0003909586.tif 000007