專利名稱：振蕩裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備石英(水晶)振蕩電路的振蕩裝置，具體涉及能實現(xiàn)石英振蕩電路的低消耗電流化的恒壓電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的振蕩裝置包括生成恒壓的恒壓電路、和利用所生成的恒壓來使石英振動器振蕩的石英振蕩電路。這種振蕩裝置廣泛用于時計、便攜電話、個人計算機終端等，要求抑制消耗電流。為了抑制消耗電流，振蕩裝置中極カ減小用于驅(qū)動石英振蕩電路的電壓變得很重要。另ー方面，石英振蕩電路具有取決于石英振動器的振蕩特性、振蕩逆變器、負載電容等的振蕩停止電壓。眾所周知，振蕩停止電壓在一般的動作溫度范圍(例如，一 40°C 85°C)內(nèi)隨著溫度的上升而以某個確定的傾斜度線性下降。因而，恒壓電路輸出的電壓有必要在動作保證溫度范圍內(nèi)設(shè)定為高于振蕩停止電壓。在此，在動作保證溫度范圍內(nèi)，使恒壓對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓對溫度變化的傾斜度相同的技術(shù)，為人所知(例如，參照專利文獻I)。圖7是示出現(xiàn)有的恒壓電路的圖。如果為了減小石英振蕩電路的消耗電流，而減小恒壓對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓對溫度變化的傾斜度之差，則恒壓電路的消耗電流會反而增大。因此，通過將PMOS晶體管MP2的電流和恒壓電路的消耗電流最優(yōu)化，能夠在動作保證溫度范圍內(nèi)極カ減小振蕩裝置全體的消耗電流。專利文獻
專利文獻1:日本特開2008 — 236629號公報。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，恒壓對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓對溫度變化的傾斜度之差和恒壓電路的消耗電流處于權(quán)衡(trade-off)關(guān)系。因此，即便能減小恒壓電路的消耗電流也還是需要為IOOnA左右。例如，在現(xiàn)有技術(shù)中，恒壓電路中用生成恒流的恒流源來生成基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓電路的消耗電流需要約為20 48nA，而在恒壓電路全體的消耗電流需要約為75 llOnA。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述課題而構(gòu)思，其目的在于提供一種恒壓電路及用該恒壓電路的石英振蕩電路，以消除恒壓對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓對溫度變化的傾斜度之差、和恒壓電路的消耗電流的權(quán)衡關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)nA的低消耗電流，并減小振蕩裝置全體的消耗電流。為了解決上述課題，本發(fā)明是具備以恒壓電路輸出的恒壓來驅(qū)動的石英振蕩電路的振蕩裝置，其特征在干，恒壓電路具備基準(zhǔn)電壓電路，其具備恒流源、和用恒流源的恒流輸出基準(zhǔn)電壓的第一 MOS晶體管；差動放大電路，輸入基準(zhǔn)電壓和反饋電壓；第二 MOS晶體管，通過差動放大電路的輸出而向恒壓電路的輸出端子輸出恒壓；溫度特性調(diào)整元件，其與輸出端子連接；以及第三MOS晶體管，在溫度特性調(diào)整元件與接地之間連接并輸出反饋電壓，恒壓電路生成的恒壓對于溫度變化具有第一傾斜度，石英振蕩電路的振蕩停止電壓對于溫度變化具有第二傾斜度，石英振蕩電路的消耗電流與第一傾斜度和第二傾斜度之差具有相關(guān)，用溫度特性調(diào)整元件調(diào)整第一傾斜度，使第一傾斜度與第二傾斜度之差極小。在本發(fā)明中，恒壓電路具備溫度特性調(diào)整元件，從而能夠使恒壓對溫度變化成為負的傾斜度，與石英振蕩電路中能振蕩的最低動作電壓對溫度變化成為負的傾斜度之差極小，因此能夠減小石英振蕩電路的消耗電流，進而通過將恒壓電路生成的恒流減小，能夠使恒壓電路的消耗電流減小,從而能減小振蕩裝置全體的消耗電流。


圖1是示出本實施方式的振蕩裝置的概略 圖2是示出本實施方式的振蕩裝置的恒壓電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路 圖3是示出振蕩裝置的溫度特性的概略 圖4是示出本實施方式的振蕩裝置的恒壓電路的一例的電路 圖5是示出恒流源的溫度特性的概略 圖6是示出本實施方式的振蕩裝置的恒壓電路的其它例的電路 圖7是示出現(xiàn)有的振蕩裝置的恒壓電路的電路圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是示出本實施方式的振蕩裝置的概略圖。振蕩裝置100包含生成恒壓的恒壓電路10 ;和利用所生成的恒壓來使石英振動器振蕩的石英振蕩電路20。圖2是示出本實施方式的振蕩裝置的恒壓電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。恒壓電路10具備基準(zhǔn)電壓電路101、差動放大電路102、PMOS晶體管MPl及MP2、NMOS晶體管匪5、及溫度特性調(diào)整元件30。基準(zhǔn)電壓電路101由恒流源11和NMOS晶體管麗I構(gòu)成。NMOS晶體管麗I的源極接地，柵極與本身的漏極連接。差動放大電路102的結(jié)構(gòu)包括NM0S晶體管麗2、電容Cl、構(gòu)成差動對的NMOS晶體管MN3和MN4、構(gòu)成電流鏡的PMOS晶體管MP3和MP4。差動放大電路102中，基準(zhǔn)電壓VREF輸入到反相輸入端子即NMOS晶體管麗3的柵極，NMOS晶體管匪5的漏極電壓，即反饋電壓FB輸入到非反相輸入端子即NMOS晶體管MN4的柵極。在與NMOS晶體管MNl構(gòu)成電流鏡的NMOS晶體管MN2，有恒流IREF流動，成為動作電流。電容Cl使基準(zhǔn)電壓VREF穩(wěn)定。PMOS晶體管MPl中，源極與電源端子連接，柵極與差動放大電路102的輸出即PMOS晶體管MP3的漏極連接，漏極與恒壓電路10的輸出端子VREG連接。PMOS晶體管MP2中，源極與溫度特性調(diào)整元件30連接，柵極與本身的漏極連接，向差動放大電路102的非反相輸入端子即NMOS晶體管MN4輸入。溫度特性調(diào)整元件30在PMOS晶體管MPl的漏極與PMOS晶體管MP2的源極之間連接。NMOS晶體管MN5中，柵極與NMOS晶體管MNl的柵極及漏極連接，而源極接地。在與NMOS晶體管匪I構(gòu)成電流鏡的NMOS晶體管匪5中有恒流IREF流動。電容C2在差動放大電路102的輸出與輸出端子VREG之間連接。電容C3在輸出端子VREG與接地之間連接。作為相位補償電容具備電容C2，作為恒壓VREG的穩(wěn)定化電容具備電容C3。接著，對本實施方式的振蕩裝置的恒壓電路的動作進行說明。通過使恒流IREF從恒流源11流到NMOS晶體管麗1，基準(zhǔn)電壓電路101生成基準(zhǔn)電壓VREF。差動放大電路102的輸出向PMOS晶體管MPl的柵極輸入，因此控制PMOS晶體管MPl的漏極電流，以使基準(zhǔn)電壓VREF和電壓FB相等。因而，從PMOS晶體管MPl的漏極輸出的恒壓VREG，成為相加基準(zhǔn)電壓VREF和PMOS晶體管MP2的源極ー漏極電壓和溫度特性調(diào)整元件30的電壓降的電壓。圖3是示出本實施方式的恒壓電路及石英振蕩電路的溫度特性的概略圖。石英振蕩電路20的振蕩停止電壓VDOS取決于石英振動器的特性、振蕩逆變器的特性、負載電容，對于溫度變化線性下降。若恒壓VREG小于振蕩停止電壓VD0S，則石英振蕩電路20的振蕩動作會停止，因此在動作保證溫度范圍內(nèi)，需要設(shè)定恒壓VREG始終為振蕩停止電壓VDOS以上。此外，若恒壓VREG過大，則石英振蕩電路20的消耗電流會變大。因而，為了實現(xiàn)低消耗電流的同時在動作保證溫度范圍內(nèi)始終進行穩(wěn)定的振蕩動作,要求從恒壓電路10供給的恒壓VREG始終大于石英振蕩電路20的振蕩停止電壓VD0S，且，恒壓VREG與振蕩停止電壓VDOS之差盡量少。因此，如圖3 (C)所示，如果恒壓VREG和振蕩停止電壓VDOS的溫度特性的傾斜度相同，其差異較少，則能夠在動作保證溫度范圍內(nèi)始終進行穩(wěn)定的動作。在此，恒壓VREG的溫度特性依賴于NMOS晶體管匪I的閾值電壓Vtnm、PMOS晶體管MP2的閾值電壓Vtpiwgi IREF、和溫度特性調(diào)整元件30的溫度特性。如圖4所示，本實施方式的恒壓電路的恒流源11由耗盡型PMOS晶體管MDl構(gòu)成。耗盡型PMOS晶體管MDl在柵極下?lián)诫s高濃度的雜質(zhì)，因此，即便柵極一源極間電壓Vgs為0V，在柵極下也已經(jīng)形成溝道。然后，耗盡型PMOS晶體管MDl中柵極和源極連接，因此不依賴電源電壓而能夠始終以柵極一源極間電壓Vgs = OV動作，在飽和區(qū)域中漏極一源極間電流Ids = IREF幾乎不依賴于電源電壓，因此，成為即便電源電壓發(fā)生變動也能使一定的電流流過的恒流源。圖5是示出采用耗盡型PMOS晶體管的恒流源的溫度特性的概略圖。耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd隨著溫度上升而變得更大。耗盡型PMOS晶體管MDl的溫度特性是隨著溫度上升而漏極一源極間電流Ids的傾斜度變小。在此，耗盡型PMOS晶體管MDl的漏極一源極間電流I Ids I對柵極一源極間電壓Vgs曲線，在某一點上即便溫度發(fā)生變化也幾乎沒有變動。已知該點是溫特平坦點。調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd，使柵極一源極間電壓Vgs = OV來到漏極一源極間電流Ids隨著溫度不發(fā)生變化的點，即溫特平坦點吋，能得到不依賴于溫度特性的恒流源。此外，調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd，使溫特平坦點來到柵極一源極間電壓Vgs為負的電壓區(qū)域吋，恒流源、即柵極一源極間電壓Vgs = OV時的溫度特性，隨著溫度上升而漏極一源極間電流Ids = IREF變大。相反地，調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓vtpd，使溫特平坦點來到柵極一源極間電壓Vgs為正的電壓區(qū)域吋，恒流源、SP柵極一源極間電壓VgS = OV時的溫度特性，隨著溫度上升而漏極一源極間電流Ids = IREF變小。如此，通過調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd，能夠改變恒流IREF對溫度變化的傾斜度，能夠調(diào)整依賴于恒流IREF的恒壓VREG對溫度變化的傾斜度。因而，通過使恒壓VREG與振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度之差極小，減小石英振蕩電路20的消耗電流時，能夠通過調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd來實現(xiàn)。在此，通過恒壓VREG對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度的差異，調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd的方法，可考慮以下兩種情況。當(dāng)恒壓VREG對溫度變化的傾斜度比振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度陡峭時，通過調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd，使溫特平坦點來到負的電壓區(qū)域。即，通過使恒流源11的恒流IREF對溫度變化為正的傾斜度，能夠調(diào)整恒壓VREG對溫度變化的傾斜度。相反地，當(dāng)恒壓VREG對溫度變化的傾斜度比振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度平緩時，通過調(diào)整耗盡型PMOS晶體管MDl的閾值電壓Vtpd，使溫特平坦點來到正的電壓區(qū)域。即，通過使恒流源11對溫度變化為負的傾斜度，能夠調(diào)整恒壓VREG對溫度變化的傾斜度。此外，本實施方式的恒壓電路的溫度特性調(diào)整元件30，如圖4所示能夠用電阻Rl實現(xiàn)。將電阻Rl連接在PMOS晶體管MPl的漏極與PMOS晶體管MP2的源極之間，由此從PMOS晶體管MPl的漏極輸出的恒壓VREG，被設(shè)定為相加基準(zhǔn)電壓VREF和PMOS晶體管MP2的源極ー漏極電壓、以及電阻Rl的電壓降的值。在使恒壓VREG和振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度之差極小而減小石英振蕩電路20的消耗電流吋，能夠通過調(diào)整電阻Rl對溫度變化的傾斜度來實現(xiàn)。在此，通過恒壓VREG對溫度變化的傾斜度和振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度的差異，調(diào)整傾斜度的電阻Rl的溫度特性，可考慮以下兩種情況。當(dāng)恒壓VREG對溫度變化的傾斜度比振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度陡峭吋，使電阻Rl對溫度變化為正的傾斜度。由此，能夠調(diào)整為使恒壓VREG對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度匹配。 相反地，當(dāng)恒壓VREG對溫度變化的傾斜度比振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度平緩時，使電阻Rl對溫度變化為負的傾斜度。由此，能夠調(diào)整為使恒壓VREG對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度匹配。此外，本實施方式的恒壓電路的溫度特性調(diào)整元件30，如圖6所示能夠用PMOS晶體管MP5實現(xiàn)。PMOS晶體管MP5中，源極與PMOS晶體管MPl的漏極連接，柵極接地，漏極與PMOS晶體管MP2的源極連接。PMOS晶體管MP5通過將柵極接地，使柵極一源極間電壓Vgs大于閾值電壓Vtpm，能處于能夠始終動作的狀態(tài)。此外，能夠使PMOS晶體管MP5在線性區(qū)域動作，PMOS晶體管MP5中導(dǎo)通電阻占支配地位。即，PMOS晶體管MP5能作為電阻Rl的代替而實現(xiàn)。已知PMOS晶體管MP5的導(dǎo)通電阻對于溫度變化具有正的傾斜度。因而，在恒壓VREG對溫度變化的傾斜度比振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度陡峭時，為了使恒壓VREG和振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度之差極小，通過將柵極接地的PMOS晶體管MP5中具有正的溫度特性的導(dǎo)通電阻，能夠調(diào)整恒壓VREG對溫度變化的傾斜度。其結(jié)果，在動作保證溫度范圍內(nèi)恒壓VREG始終處于振蕩停止電壓VDOS以上，因此能夠減小石英振蕩電路20的消耗電流。而且，由于消除了恒壓VREG對溫度變化的傾斜度與振蕩停止電壓VDOS對溫度變化的傾斜度之差、和恒壓電路10的消耗電流的權(quán)衡關(guān)系，所以能夠?qū)⒑銐弘娐?0的恒流IREF減小到極限，恒壓電路10能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)nA的低消耗電流。因而，也能減小振蕩裝置100全體的消耗電流。以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施方式，在不超出其宗g的范圍內(nèi)能以各種方式實施。符號說明
100振蕩裝置；10恒壓電路；11恒流源；20石英振蕩電路；30溫度特性調(diào)整元件；101基準(zhǔn)電壓電路；102差動放大電路；MP1 MP5 PMOS晶體管；麗1 麗5 NMOS晶體管；MDl耗盡型晶體管；C1 C3電容；R1電阻。
權(quán)利要求
1.一種振蕩裝置，具備以恒壓電路輸出的恒壓來驅(qū)動的石英振蕩電路，其特征在于， 所述恒壓電路具備 基準(zhǔn)電壓電路，其具有恒流源、和通過所述恒流源的恒流輸出基準(zhǔn)電壓的第一 MOS晶體管； 差動放大電路，輸入所述基準(zhǔn)電壓和反饋電壓； 第二 MOS晶體管，通過所述差動放大電路的輸出，向所述恒壓電路的輸出端子輸出所述恒壓； 溫度特性調(diào)整元件，其與所述輸出端子連接；以及 第三MOS晶體管，其在所述溫度特性調(diào)整元件和接地之間連接，輸出所述反饋電壓， 所述恒壓電路輸出的恒壓對于溫度變化具有第一傾斜度， 所述石英振蕩電路的振蕩停止電壓對于溫度變化具有第二傾斜度， 所述石英振蕩電路的消耗電流，與所述第一傾斜度和所述第二傾斜度之差具有相關(guān)，用所述溫度特性調(diào)整元件調(diào)整所述第一傾斜度，使所述第一傾斜度與所述第二傾斜度之差極小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于，所述溫度特性調(diào)整元件是具有正或負的溫度特性的電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于，所述溫度特性調(diào)整元件是具有正或負的溫度特性的第四MOS晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的振蕩裝置，其特征在于， 所述恒流源由耗盡型MOS晶體管構(gòu)成， 通過改變所述耗盡型MOS晶體管的閾值電壓，調(diào)整所述第一傾斜度。
全文摘要
本發(fā)明提供能實現(xiàn)低消耗電流的恒壓電路及采用該恒壓電路的石英振蕩電路。恒壓電路具備溫度特性調(diào)整元件，從而能夠使恒壓對溫度變化為負的傾斜度、與石英振蕩電路中能振蕩的最低動作電壓對溫度變化為負的傾斜度之差極小，因此能夠減小石英振蕩電路的消耗電流，進而通過減小恒壓電路生成的恒流，能夠減小恒壓電路的消耗電流，并能減小振蕩裝置全體的消耗電流。
文檔編號G05F1/567GK103034276SQ20121036853
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者村田正哉, 渡邊考太郎, 見谷真 申請人:精工電子有限公司