专利名称：振荡电路中的负载电容的决定方法、振荡电路及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于实现低功耗的振荡电路的负载电容的决定方法、振荡电路及电子设备。
背景技术：
在时钟、便携电话等便携设备中，要求装入了石英(水晶)振动器的振荡电路的驱动功率的减小、低功耗化。图3示出使用石英振动器的典型振荡电路，具有CMOS反相器IV01、与CMOS反相器 IVOl的输入端子XCIN与输出端子XCOUT之间连接的石英振动器X2、负载电容Cg以及负载电容Cd。另外，在CMOS反相器IVOl的PMOS晶体管PMll的源极与第I电源端子之间，以及CMOS反相器IVOl的NMOS晶体管匪11与第2电源端子之间，连接有限制激振石英振动器X2的驱动电流的驱动电流调整用电阻元件rl及r2。近年来要求便携设备等所搭载的振荡电路低功耗化，而为此需要降低振荡电路中的石英振动器的驱动电流Ios。为此，考虑减小振荡电路中的CMOS反相器的互导Gm。然而，减小互导Gm时，振汤电路的振汤余量有可能降低。振荡电路的振荡余量M，由下式⑴给出。M = I -Gm / {(ω 2Cg · Cd) X (1/R1 (max))} = RL /Rl (max)... (I)ω是振荡频率的角频率、RL是负电阻(負性抵抗)、R1 (max)是石英振动器的有效电阻Rl的最大值、要求振荡余量M为5以上的值。在此，可知为了减小互导Gm且维持振荡电路的振荡余量M，只要减小与振荡电路的外部连接的外接负载电容Cg、Cd即可。此外，外接的负载电容Cg、Cd与振荡电路整体的负载电容CL之间，存在CL = Cs+Cg X Cd/ (Cg+Cd)... (2)的关系。在此Cs是设在振荡电路的寄生电容。S卩，由现有可知若减小负载电容CL，则能够維持振荡余量M且降低驱动电流Ios。专利文献I :日本特开2008-205658号公报
发明内容
以往，在设计振荡电路时，基于经验规则变更负载电容CL、负电阻RL，找出驱动电流Ios变低的负载电容CL、负电阻RL。然而在该方法中，振荡电路的设计需要大量的时间。因此，本发明的目的在于，提供有效率地导出能降低驱动电流Ios的负载电容CL的方法。本发明是振荡电路中的负载电容CL的决定方法，其特征在于，在以负电阻RLl时的振荡电路的驱动电流为Iosl、负载电容值为CLl的情况下，利用CL2 = CLlX (Ios2/Iosl)1/2决定用于实现振荡电路的驱动电流Ios2(< Iosl)的负载电容CL2。依据本发明，能提供用于实现低功耗的振荡电路的负载电容CL的决定方法。
图I是示出振荡电路的负载电容CL与驱动电流Ios的关系的图表。图2是说明振荡电路中的合成反馈电阻的图。图3是示出使用振动器的振荡电路的图。
图4是示出图3中的输入输出端子间XCIN及XOUT间的石英振动器侧的等效电路的图。图5是示出构成负载电容CL的电容的图。图6是示出振荡电路中的驱动电流与负载电容CL的关系的图。图7是示出负载电容与负电阻的关系的图表。图8是示出对于各种Rfmin的最小反馈电阻值RFmin以及最大负电阻值Rlmax的图。标号说明11石英振动器；12CM0S反相器；13低电流源；51反馈电阻；52泄漏电阻。
具体实施例方式以下，參照图I 8，对能适用本发明的实施方式进行说明。图I是示出负电阻RL= IMΩ时的负载电容CL与石英振荡电路的驱动电流Ios的关系的图表。这样，减小负载电容CL时驱动电流Ios降低，因而能够降低石英振荡电路的驱动电流。因此在本实施方式中，对如何决定能实现低的驱动电流Ios的负载电容CL、负电阻RL进行说明。首先，用Ios = GmX (V-Vth)表示驱动电流Ios,利用上式(I),若以Cg = Cd =2CL，则成为 RL = Gm| バ 2ω(Χ)2· · · (3)。由此，可知驱动电流Ios与(CL)2成比例。S卩，成为Ios = aX (CL)2... (4) (a为常数、随RL的设定值变化)。此外，在此使负电阻RL固定。因此，若以负电阻RLl时的石英振荡电路的驱动电流为Iosl、负载电容为CL1，则Iosl = aX (CL1)2，所以使石英振荡电路的驱动电流为Ios2时的负载电容CL2成为CL2 = CLl X (Ios2/Iosl)1/2. · · (5)。由此，在固定负电阻RL的数值的状态下测定驱动电流Iosl和负载电容CL1，将该测定值代入(5)式，进ー步将作为目标的驱动电流Ios2代入(5)式，由此能求出负载电容CL2。即，能求出能实现驱动电流Ios2的负载电容CL2。实际上，考虑误差，将利用(5)式导出的负载电容CL2的±10%以内的负载电容装入振荡电路即可。例如，以RL = 1ΜΩ、CLl = 4. 4pF、Iosl = 200nA,以目标驱动电流 Ios2 为 Iosl的一半即IOOnA时，为了实现驱动电流Ios2 = ΙΟΟηΑ，利用式(5)可知只要将CL2设定为3. 7pF即可。就是说，可知用于实现目标驱动电流Ios2的负载电容CL2。如以上那样，对目标驱动电流Ios2，若先确定能够实现其的负载电容CL2，则能够设计驱动电流低的石英振荡电路。例如，在设定实现最初的驱动电流值Iosl的负载电容CLl后，根据成为目标的驱动电流Ios设定多个负载电容CL(CL2 CLn)。然后，在实际制造石英振荡电路吋，通过将算出的负载电容CL装入振荡电路，能够使石英振荡电路的驱动电流Ios为目标值。此外，上述的决定方法是固定负电阻RL的值的情况下的决定方法，但负电阻RL也可以是其他值。在使负电阻RL变化的情况下，也能够利用上述方法求出负载电容CL2。另外，从式⑶能够导出I RLI = b X (CL) _2 (b 为常数)…(6);进一歩，CL2 = CLl X (RL1/RL2)1/2. · · (7)成立。就是说，也能从该关系求出负电阻RL。图7是示出使驱动电流值Ios为75nA时的负载电容CL与负电阻RL的关系的图表。在此负载电容CL设定为4. 4pF、3. 7pF、3. lpF、2. 6pF、2. 2pF、1.9pF。依据该图表，可知上述的式(6)及式(7)大体上正确。
接着对决定负电阻RL的方法进行说明。若知道负电阻RL的范围，则振荡电路的设计变得容易。利用式⑴，振荡余量M= |RL|/Rlmax、M彡5，所以|RL|的最小值成为
RLmin = 5XRlmax0在此，Rlmax是石英振动器的等效串联电阻的最大值,随石英振动器的种类而不同，为 60ΚΩ 时，IRLminI = 300kQ。g卩，RL > 300kQ。若以 Cg = Cd = 2CL,则式⑴成为振荡余量M= {I Gm I / (2 ω CL)2} X (1/Rlmax) = RL | /Rlmax. . . (8)。此外，负电阻RL或阻抗{Iバ2ωα)(Ω)}变大时，不能够忽略反馈电阻Rf的影响。因此，求出用于将反馈电阻Rf的影响抑制为最小，并使关系式(8)成立的负电阻RL的最大值RLmax时，RLmax为RL ^ (RL) max < a 2XRFmin = O. 5 X RFmin. · · (9)。在此α =安全系数=(1/2) 1/20如以上那样，依据本实施方式，基于预先求出的驱动电流Iosl、负载电容CL1，能够决定能实现作为目标的驱动电流Ios2的负载电容CL2。即，能提供有效率地导出能降低驱动电流Ios的负载电容CL的方法。此外，在上述对石英振荡电路进行了说明，但在使用陶瓷振动器作为振子的振荡电路中也能够适用本实施方式的方法。另外，使用本实施方式的方法设计的振荡电路，能够用于时钟、便携电话、便携终端、笔记本个人电脑等电池驱动的电子设备。进ー步，也能够适用于要求节能、省电的车载用电子设备，以及电视机、冰箱、空调等家电制品等的广泛的电子设备。
权利要求
1.ー种负载电容CL的决定方法，决定振荡电路中的负载电容CL，其特征在于， 在以负电阻RLl时的振荡电路的驱动电流为Iosl、负载电容为CLl的情况下，利用CL2=CLlX (IOS2/IOSl)1/2决定用于实现振荡电路的驱动电流Ios2( < Iosl)的负载电容CL2。
2.ー种负载电容CL的决定方法，决定振荡电路中的负载电容CL，其特征在于， 在以驱动电流Iosl时的振荡电路的负电阻为RL1、负载电容为CLl的情况下，利用CL2=CLl X (RL1/RL2)1/2决定用于实现负电阻RL2的负载电容CL2。
3.ー种振荡电路中的负载电容CL的决定方法，其特征在于， 以(CLn+1/CLn)2 = α (η为I以上的整数，α是系数)成立的方式，相对负载电容CLl决定负载电容CLn (η≥2)。
4.ー种振荡电路，具有使用权利要求I 3的任一项所述的振荡电路中的负载电容CL的决定方法決定的负载电容CL。
5.—种电子设备,其特征在于,搭载有权利要求4所述的振荡电路。
全文摘要
本发明的负载电容CL的决定方法，决定振荡电路中的负载电容CL，其特征在于，在以负电阻RL1时的振荡电路的驱动电流为Ios1、负载电容值为CL1的情况下，利用CL2＝CL1×(Ios2/Ios1)1/2决定用于实现振荡电路的驱动电流Ios2(＜Ios1)的负载电容CL2。从而提供有效率地导出能降低驱动电流Ios的负载电容CL的方法。
文档编号H03B5/32GK102684603SQ20121006934
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者相马弘之 申请人:精工电子有限公司