JP5872493B2 - 発振周波数調整回路 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る発振周波数調整回路の概略構成を示すブロック図である。
図1において、発振周波数調整回路には、ヒータ部2、発振器3a、3b、カウンタ4、補正値出力部5、周波数制御入力部6およびADPLL(All Digital PLL)7が設けられている。ヒータ部2、発振器3a、3b、カウンタ4、補正値出力部5、周波数制御入力部6およびADPLL7は、半導体チップ1に形成することができる。
また、発振器3bの温度の計測値として発振器3aの発振周波数Fvarを用いることにより、発振器3bの温度の計測値をデジタル化するのにADコンバータを用いる必要がなくなり、回路規模を低減することができる。
図2において、ヒータ部2にはオンチップヒータ9が設けられている。ここで、オンチップヒータ9は発振器3a、3bの周囲に配置することができる。また、発振器3a、3bの温度が等しくなるようにするため、発振器3a、3bは隣接して配置することが好ましい。オンチップヒータ9は、発熱体として機能する抵抗であってもよいし、トランジスタであってもよい。
図3において、発振器3a、3bには、基準電流源10および発振回路11が設けられている。なお、発振回路11は、回路面積を小さくするために、リング発振回路を用いることが好ましい。発振回路11には基準電流源10が接続され、基準電流源10から出力電流Ioが発振回路11に供給される。発振回路11は、出力電流Ioに基づいて発振信号Soの発振周波数fを変化させることができる。
図4において、基準電流源10には、ダイオードD1、D2、可変抵抗R1、R2、トランジスタM1〜M3およびオペアンプE1が設けられている。そして、ダイオードD1と可変抵抗R1は互いに並列接続され、ダイオードD2と可変抵抗R2は互いに並列接続されている。なお、ダイオードD1と可変抵抗R1の接続点はノードN1を構成し、ダイオードD2と可変抵抗R2の接続点はノードN2を構成することができる。また、オペアンプE1の反転入力端子はダイオードD1のアノードに接続され、オペアンプE1の非反転入力端子はダイオードD2のアノードに接続されている。また、オペアンプE1の出力端子はトランジスタM1〜M3のゲートに接続され、トランジスタM1〜M3のソースには電源電位Vddが接続されている。
図5(a)において、可変抵抗R1、R2の値を増大させると、可変抵抗R1、R2の温度特性の影響がダイオードD1、D2の温度特性の影響より小さくなる。このため、温度が上昇すると、ノードN1、N2の電位が低下し、この結果、基準電流源10の出力電流Ioは増加し、基準電流源10はPTAT特性L3を示す。
図6において、ADPLL7には、デジタル制御発振器(DCO:Digitally−Controlled Oscillator)21、カウンタ22、アキュムレータ25、フリップフロップ23、時間デジタル変換器(TDC:Time−to−Digital Converter)24、加算器26、27、デジタルフィルタ28およびゲイン補正器29が設けられている。カウンタ22にはアキュムレータ22aが設けられている。
図7において、図5(a)に示すように、図4の可変抵抗R1、R2を増大させた時の各温度TL、THにおける発振器3bの発振周波数f0L、f0HからNTAT特性L11を求めることができる。また、図4の可変抵抗R1、R2を減少させた時の各温度TL、THにおける発振器3bの発振周波数f1L、f1HからPTAT特性L13を求めることができる。
このため、可変抵抗R1、R2を調整することにより、発振器3bの温度特性がConst特性L12を示す発振周波数fflatを見つけることができる。この発振周波数fflatでは、発振器3bの1次の温度特性を補正することができる。ただし、発振器3bに2次以上の温度特性がある場合、温度Ti(Xi)においてConst特性L12から誤差yiが発生する。この時、発振周波数fflatから誤差yiを減算した値に補正値Fhを設定することにより、この誤差yiを補正することができる。
図8は、第2の実施形態に係る発振周波数調整回路の概略構成を示すブロック図である。
図8において、この発振周波数調整回路では、図1のキャリブレータ8の代わりにPLL制御部12およびキャリブレータ18が設けられている。PLL制御部12は、発振信号Svarと基準信号Prefとの位相比較結果に基づいてヒータ部2を駆動する制御電圧VP2を生成する。ここで、PLL制御部12は、発振器3aおよびヒータ部2にてPLL13を構成することができる。なお、PLL制御部12は、キャリブレータ18に内蔵するようにしてもよいし、半導体チップ1に形成するようにしてもよい。キャリブレータ18は、基準信号Prefの発振周波数を変化させた時の発振周波数Fvar、Frefの対応関係を取得することができる。
図9において、PLL制御部12には、位相比較器16、ループフィルタ14および分周器15が設けられている。そして、発振器3aの発振信号Svarは分周器15にて分周され、位相比較器16に入力される。そして、位相比較器16において、分周器15にて分周された分周信号と基準信号Prefとの位相が比較され、その差分に応じた信号がループフィルタ14に出力される。そして、位相比較器16の出力から不要な周波数成分が低減されることで制御電圧VP2が生成され、ヒータ部2に出力される。
図10において、図8の発振周波数調整回路では、発振信号Svarと基準信号Prefとの位相が一致するようにPLL13にてヒータ部2の制御電圧VP2が制御される。このため、図8の発振周波数調整回路では、図1の発振周波数調整回路に比べて温度の収束性を向上させることができ、発振器3bの温度特性のテスト時間を短くすることができる。
図11は、第3の実施形態に係る発振周波数調整回路の概略構成を示すブロック図である。
図11において、この発振周波数調整回路には、ヒータ部2a、発振器3a〜3c、カウンタ4、33、34a、34b、補正値出力部5a、5b、周波数制御入力部6a、6b、ADPLL7a、7b、切替部31、切替制御部32および比較部35が設けられている。ヒータ部2a、発振器3a〜3c、カウンタ4、33、34a、34b、補正値出力部5a、5b、周波数制御入力部6a、6b、ADPLL7a、7b、切替部31、切替制御部32および比較部35は、半導体チップ1aに形成することができる。
切替制御部32は、所定条件を満たした時に発振器3cの停止状態から動作状態に移行するように切替部31を制御する。この所定条件とは、例えば、発振器3bが所定時間だけ動作した場合を挙げることができる。
図12は、第4の実施形態に係る発振周波数調整回路の概略構成を示すブロック図である。
図12において、この発振周波数調整回路では、図11の切替制御部32、周波数制御入力部6b、ADPLL7b、カウンタ33、34a、34bおよび比較部35の代わりに、切替制御部42、セレクタ41、カウンタ43、44a、メモリ44bおよび比較部45が設けられている。
Claims (5)
- 温度によって発振周波数が単調に変化する第1リング発振器と、
前記第1リング発振器よりも温度による発振周波数の変化が小さい第2リング発振器と、
前記第1リング発振器および前記第2リング発振器を加熱するオンチップヒータと、
前記第1リング発振器の第1発振信号をカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値に基づいて、前記第2リング発振器の2次以上の温度特性を補正する補正値を出力する補正値出力部と、
前記補正値に基づいて周波数制御入力を生成する周波数制御入力部と、
前記第2リング発振器の第2発振信号を基準として第3発振信号を生成するとともに、前記周波数制御入力に基づいて前記第3発振信号の周波数を補正するADPLLと、
前記第1発振信号と基準信号との位相比較結果に基づいて前記オンチップヒータを駆動する制御電圧を生成する制御部を備えることを特徴とする発振周波数調整回路。 - 前記周波数制御入力は、前記第3発振信号の発振周波数と前記補正値との比であることを特徴とする請求項1に記載の発振周波数調整回路。
- 前記ADPLLは、前記周波数制御入力と前記第2発振信号の発振周波数との乗算結果に基づいて前記第3発振信号の発振周波数を設定することを特徴とする請求項2に記載の発振周波数調整回路。
- 温度によって発振周波数が変化する第1発振器と、
前記第1発振器と温度特性の異なる第2発振器と、
前記第1発振器と温度特性の異なる第3発振器と、
前記第1発振器、前記第2発振器および前記第3発振器を加熱するオンチップヒータと、
前記第3発振器の動作を切り替える切替部と、
前記第1発振器の第1発振信号をカウントするカウンタと、
前記第2発振器の第2発振信号を基準として第4発振信号を生成するとともに、前記カウンタのカウント値に基づいて前記第4発振信号の周波数を補正する第1ADPLLと、
前記第3発振器の第3発振信号を基準として第5発振信号を生成するとともに、前記カウンタのカウント値に基づいて前記第5発振信号の周波数を補正する第2ADPLLとを備え、
前記第1ADPLLは、前記第5発振信号の発振周波数を基準として前記第4発振信号の発振周波数を補正することを特徴とする発振周波数調整回路。 - 温度によって発振周波数が変化する第1発振器と、
前記第1発振器と温度特性の異なる第2発振器と、
前記第1発振器と温度特性の異なる第3発振器と、
前記第1発振器、前記第2発振器および前記第3発振器を加熱するオンチップヒータと、
前記第3発振器の動作を切り替える切替部と、
前記第1発振器の第1発振信号をカウントするカウンタと、
前記第2発振器の第2発振信号と前記第3発振器の第3発振信号とのいずれかを選択するセレクタと、
前記セレクタにて前記第2発振信号が選択された場合、前記第2発振信号を基準として第4発振信号を生成するとともに、前記カウンタのカウント値に基づいて前記第4発振信号の周波数を補正し、前記セレクタにて前記第3発振信号が選択された場合、前記第3発振信号を基準として第5発振信号を生成するとともに、前記カウンタのカウント値に基づいて前記第5発振信号の周波数を補正するADPLLとを備え、
前記ADPLLは、前記第5発振信号の発振周波数を基準として前記第4発振信号の発振周波数を補正することを特徴とする発振周波数調整回路。
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