Cr振荡电路的制作方法
【专利摘要】在一种CR振荡电路中，形成串联电路的电阻元件包括具有显著电阻温度系数的第一电阻元件以及具有比第一电阻元件小的电阻温度系数的第二电阻元件。用于振荡的电容器和/或电阻元件是可微调的。如果所述比较器的输出信号指示高电平，则连接于串联电路和比较器的非反相输入端子之间的第一开关电路导通，并且如果所述输出信号处在低电平，则第二开关电路导通。
【专利说明】CR振荡电路
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2011年12月28日提交的日本专利申请N0.2011-287616和2012年7月2日提交的日本专利申请N0.2012-148429，在此通过引用将该日本专利申请的公开文本并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及一种CR振荡电路。
【背景技术】
[0004]CR振荡电路的振荡频率随着温度而变化。于是，已经提出了用于进行校正以维持恒定振荡频率的各种技术。例如，在专利文献I中，不校正CR振荡电路自身的振荡频率，并且在基于振荡时钟信号确定通信速率的通信电路中，设置用于维持恒定通信速率的校正值。
[0005][现有技术文献]
[0006][专利文献]
[0007][专利文献l]JP-A-2006-270917(对应于 US2006/0195711A1)
【发明内容】
[0008][技术问题]
[0009]不过，在专利文献I的配置中，必需要有检测温度的电路、存储校正值的存储器、基于校正值对CR振荡电路的振荡时钟信号进行倍增的数字PLL电路等。于是，存在电路尺寸增大且设置校正值的过程变复杂的问题。
[0010]鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种能够利用简单配置调节温度特性的CR振荡电路。
[0011][问题的解决方案]
[0012]根据本公开第一方面的CR振荡电路包括电容器、振荡电阻元件、比较器、串联电路、第一开关电路和第二开关电路。比较器具有经由电容器连接到地并经由振荡电阻元件连接到输出端子的反相输入端子。串联电路包括串联连接于电源和地之间的至少三个电阻元件。第一开关电路的一端连接到处于所述串联电路中并连接到所述电源的电阻元件的低电势侧端子，另一端连接到所述比较器的非反相输入端子。第二开关电路的一端连接到处在所述串联电路中并连接到所述地的电阻元件的高电势侧端子，另一端连接到所述非反相输入端子。在所述比较器的输出信号处在高电平时，导通所述第一开关电路，在所述输出信号处在低电平时，导通所述第二开关电路。形成串联电路的电阻元件包括具有大电阻温度系数的第一电阻元件以及具有比第一电阻元件的电阻温度系数更小的电阻温度系数的第二电阻元件。所述电容器和所述振荡电阻元件中的至少一个被配置成可微调。
[0013]根据第一方面的CR振荡电路能够利用简单的配置调节温度特性。
[0014]根据本公开第二方面的CR振荡电路包括电容器、振荡电阻元件、比较器、串联电路、第一开关电路和第二开关电路。比较器具有经由电容器连接到地并经由振荡电阻元件连接到输出端子的反相输入端子。串联电路包括串联连接于电源和地之间的至少三个电阻元件。第一开关电路的一端连接到处于所述串联电路中并连接到所述电源的电阻元件的低电势侧端子，另一端连接到所述比较器的非反相输入端子。第二开关电路的一端连接到处在所述串联电路中并连接到所述地的电阻元件的高电势侧端子，另一端连接到所述非反相输入端子。在所述比较器的输出信号处在高电平时，导通所述第一开关电路，在所述输出信号处在低电平时，导通所述第二开关电路。振荡电阻元件由具有比形成串联电路的电阻元件的电阻温度系数更小的电阻温度系数的第一电阻元件和配置成可微调的第二电阻元件的串联电路形成。
[0015]根据第二方面的CR振荡电路也能够利用简单的配置调节温度特性。
[0016]根据本公开第三方面的CR振荡电路包括电容器、振荡电阻元件、比较器、串联电路、第一开关电路和第二开关电路。比较器具有经由电容器连接到地并经由振荡电阻元件连接到输出端子的反相输入端子。串联电路包括串联连接于电源和地之间的至少三个电阻元件。第一开关电路的一端连接到处于所述串联电路中并连接到所述电源的电阻元件的低电势侧端子，另一端连接到所述比较器的非反相输入端子。第二开关电路的一端连接到处在所述串联电路中并连接到所述地的电阻元件的高电势侧端子，另一端连接到所述非反相输入端子。在所述比较器的输出信号处在高电平时，导通所述第一开关电路，在所述输出信号处在低电平时，导通所述第二开关电路。振荡电阻元件比形成串联电路的电阻元件具有更小的电阻温度系数，电容器被配置成可微调。
[0017]根据第三方面的CR振荡电路也能够利用简单的配置调节温度特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]根据参考附图做出的以下详细描述，本公开的以上和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中:
[0019]图1是示出了根据本公开的第一实施例的CR振荡电路的图；
[0020]图2是示出了电容器的端电压Vc和比较器的输出信号Vo的波形的图；
[0021]图3A是示出了温度和振荡频率之间的关系的图；
[0022]图3B是示出了比较器的温度和输出响应延迟时间之间的关系的图；
[0023]图4是解释调节CR振荡电路的温度特性的方法的图；
[0024]图5是解释CR振荡电路的振荡频率被最终调节的状态的图；
[0025]图6是示出了根据本公开的第二实施例的CR振荡电路的图；
[0026]图7是解释调节根据第二实施例的CR振荡电路的温度特性的方法的图；
[0027]图8是不出了根据本公开的第三实施例的CR振荡电路的图；
[0028]图9是示出了根据本公开的第四实施例的CR振荡电路的图；
[0029]图10是示出了电容器的端电压Vc和比较器的输出信号Vo的波形的图；
[0030]图11是解释调节根据第四实施例的CR振荡电路的温度特性的方法的图；
[0031]图12是解释根据第四实施例的CR振荡电路的振荡频率被最终调节的状态的图；以及
[0032]图13是示出了根据本公开的第五实施例的CR振荡电路的图。
【具体实施方式】
[0033](第一实施例)
[0034]将参考图1到图5描述根据本公开的第一实施例的CR振荡电路6。如图1中所示，电阻元件R1-R3在电源VDD和地之间串联连接并形成串联电路I。电阻元件R1、R3(第一电阻元件)具有正温度特性。选择电阻元件R2以具有比电阻元件Rl，R3的电阻温度系数更小的电阻温度系数且由可微调元件形成。可以应用任何微调方法。例如，可以使用可变电阻元件或可以进行激光微调。
[0035]在将CR振荡电路6形成为例如集成电路时，可以将电阻的温度系数大约为9000ppm/°C的P阱电阻器用作电阻元件Rl、R3。作为电阻元件R2，可以使用比电阻元件RU R3具有更小电阻温度系数的元件，例如CrSi电阻器(其电阻温度系数大约为土几个I Oppm/°C )。
[0036]电阻元件Rl、R2的公共连接点(电阻元件Rl的低电势侧端子)经由第一开关电路2连接到比较器4的非反相输入端子。电阻元件R2、R3的公共连接点(电阻元件的高电势侧端子)经由第二开关电路3连接到非反相输入端子。比较器4的反相输入端子经由电容器Cl连接到地，并经由电阻元件R4(振荡电阻元件)连接到比较器4的输出端子。
[0037]施加比较器4的输出信号Vo作为切换第一开关电路2和第二开关电路3的控制信号。第二开关电路3接收经由非门5反相的信号。在控制信号处于高电平时导通开关电路2和3。在输出信号Vo处在高电平时,仅导通第一开关电路2。在输出信号Vo处在低电平时，仅导通第二开关电路3。开关电路2、3可以由晶体管或模拟开关等形成。以上部件形成CR振荡电路6。
[0038]接下来，将参考图2到图5描述本实施例的操作。图2是示出了电容器Cl的端电压(反相输入端子的电势)Vc和比较器的输出信号Vo的波形的图。在输出信号Vo处在高电平的期间，电容器Cl被充电,端电压Vc升高。在输出信号Vo处在低电平的期间，电容器Cl被放电，端电压Vc降低。
[0039]在图2中，由虚线示出了施加到比较器4的反相输入端子的两个阈值电压VrefH、VrefL0在输出信号Vo处在高电平的期间，因为第一开关电路2被导通，所以阈值电压变成更高电平的VrefH。在输出信号Vo处在低电平的期间，因为第二开关电路3被导通，所以阈值电压变成更低电平的VrefL。图2中所示的“延迟”是由比较器4的温度特性导致的，并且表示由于温度升高，输出信号Vo的变化的时间比端电压Vc与阈值电压VrefH、VrefL相交的时间点延迟。
[0040]图3A是示出了温度和未进行调节的CR振荡电路的振荡频率之间关系的图。换言之，图3A示出了由于比较器4的输出响应延迟时间增大而导致的振荡频率变化。图3B示出了温度和比较器4的输出响应延迟时间之间的关系。CR振荡电路的振荡频率随着温度升高而减小。另一方面，因为电阻元件R1、R3具有正的温度特性，所以电阻元件R1、R3的电阻值随着温度升高而增大，并且图2中所示的阈值电压VrefH、VrefL的电势差减小(延迟时间减小)。此外，如果微调电阻元件R2以减小电阻值，阈值电压VrefH、VrefL的电势差减小。于是，如果改变电阻元件R2的电阻值，阈值VrefH、VrefL的电势差的收缩程度随着温度升高而变化，并且可以调节比较器4的温度特性。
[0041 ] 图4是解释通过微调电阻元件R2的电阻值来调节CR振荡电路6的温度特性的方法的图。基于虚线例示的比较器4的温度特性的振荡频率特性随着温度升高而以类似于图3A的方式向右下方减小。此外，由于电阻元件Rl、R3的温度特性与电阻元件R2的电阻值增大或减小的结果的组合，图中点划线例示的基于比较器4阈值电压的温度特性的振荡频率特性从向右下侧减小的特性连续变化到向右上侧增加的特性。然后，CR振荡电路6的温度特性变成两种特性的合成。
[0042]于是，操作员监测输出信号Vo的频率，同时改变CR振荡电路6的操作环境温度，并微调电阻元件R2的电阻值。结果，如图4中的实线所示，将振荡频率调节为在预期工作温度范围中几乎恒定。图5是解释CR振荡电路6的振荡频率被最终调节的状态的图。在通过图4所示的调节将温度特性调节到几乎平坦之后，微调电阻元件R4的电阻值，使得振荡频率接近目标值。
[0043]也可以微调电容器Cl的电容，或者也可以并行微调两者。简而言之，仅必须调节CR振荡电路6的CR时间常数。在微调电容的情况下，例如，可以准备多个电容器，并且可以改变并联的数量。
[0044]如上所述，在本实施例中，包括三个电阻元件R1-R3的串联电路I设置于电源VDD和地之间，电阻元件Rl、R3被选择为具有正的温度特性，电阻元件R2被选择为具有比电阻元件Rl、R3小的电阻温度系数。此外，电容器Cl和电阻元件R4中的至少一个被选择为是可微调的。在比较器4的输出信号Vo处在高电平时，导通在串联电路I和比较器4的非反相输入端子之间连接的第一开关电路2。在输出信号Vo处在低电平时，导通第二开关电路
3。于是，在微调电阻元件R2的电阻值时，可以通过与具有正温度特性的电阻元件R1、R3的电阻值的改变组合，改变阈值电压VrefHJrefL之间的电势差，并可以调节比较器4的温度特性，使得即使在温度变化时，输出信号Vo的频率也几乎恒定。
[0045](第二实施例)
[0046]将参考图6和图7描述根据本公开的第二实施例的CR振荡电路11。与第一实施例相同的部分由相同附图标记表不并将省略关于这些部分的描述。下文将描述与第一实施例不同的部分。CR振荡电路11与CR振荡电路6不同之处在于由串联电路12取代了串联电路I。串联电路12包括串联连接的电阻元件Rlx-R3x。在这种情况下，电阻元件R2x是具有负温度特性的元件(第一电阻元件)。电阻元件Rlx、R3x是具有比电阻元件R2x小的电阻温度系数且可微调的元件(第二电阻元件)。
[0047]接下来，将参考图7描述CR振荡电路11的工作。在CR振荡电路11中，形成串联电路12的电阻元件Rlx-R3x的温度特性的组合和可微调元件与第一实施例相反。因为电阻元件R2x具有负温度特性，所以电阻元件R2x的电阻值随着温度升高而减小，并且阈值电压VrefH、VrefL的电势差减小。此外，在通过微调来增大电阻元件Rlx、R3x的电阻值时，电势差减小，并且在电阻值减小时，电势差增大。于是，通过组合以上特性，可以如图7所示，以类似于第一实施例的方式调节输出信号Vo的频率。在这种情况下，优选微调电阻元件Rlx、R3x,使得Rlx、R3x的增加/减小值彼此相等。
[0048]如上所述，根据本实施例，在串联电路12中，一端连接到电源的电阻元件Rlx和一端连接到地的电阻元件R3x是可微调的，并且连接于两个电阻元件之间的电阻元件R2x具有负特性。于是，可以通过组合来调节比较器4的输出响应的延迟，并且可以获得类似于第一实施例的效果。
[0049](第三实施例)
[0050]将参考图8描述根据本公开的第三实施例的CR振荡电路6A。在本实施例中，作为第二电阻元件的电阻元件R2a与电阻元件R2并联连接。可以通过类似于第一实施例的方式对电阻元件R2进行微调。否则，可以将电阻元件R2a与电阻元件R2串联连接，或者可以将其他电阻元件(其温度特性等于电阻元件R1、R3的温度特性)与作为第一电阻元件的电阻元件Rl、R3串联或并联连接。换言之，第一到第三电阻元件中的每个都可以由超过一个元件形成。
[0051](第四实施例)
[0052]将参考图9到图12描述根据本公开的第四实施例的CR振荡电路21。在根据本实施例的CR振荡电路21中，由电阻元件R2b替代形成第一实施例的串联电路I的电阻元件R2，以形成串联电路22。电阻元件R2b与电阻元件R1、R3具有相同的电阻温度系数(相同的材料)并被配置成可以通过类似于电阻元件R2的方式微调。此外，在运算放大器4的输出端子和电阻元件R4(对应于第二电阻元件)之间，插入电阻元件R5(对应于第一电阻元件)。
[0053]电阻元件R5比电阻元件R4具有更小的电阻温度系数。例如，可以将CrSi电阻器以类似于根据第一实施例的电阻元件R2的方式用作电阻元件R5，或者电阻元件R5可以由具有负温度特性的材料，以类似于第二实施例的电阻元件R2x的方式制造。电阻元件R4、R5的串联复合电阻器被称为Rf(振荡电阻元件)。
[0054]接下来，将参考图10到图12描述第四实施例的工作。如上所述，基于比较器4的温度特性的振荡频率特性随着温度升高而减小。在本实施例中，电阻元件R5比电阻元件R4具有更小的电阻温度系数，或者具有负温度特性，存在调节比较器4的温度特性的关系。在微调电阻元件R4的电阻值时，复合电阻器Rf的电阻值变化，并且电阻元件R5的温度特性对振荡频率的贡献权重也变化。
[0055]如图10中所示，在复合电阻器Rf的电阻值减小时，电容器Cl的充电和放电速度增大，并且振荡频率增大。在复合电阻器Rf的电阻值增大时，充电和放电速度减小，并且振荡频率减小。在对应于图4的图11中，以点划线示出的基于比较器4温度特性的振荡频率特性基本上具有向右下侧减小的特性。基于复合电阻器Rf的温度特性的振荡频率特性基本上具有向右上侧增大的特性。因为两者的合成是CR振荡电路21的振荡频率特性，所以可以在通过微调电阻元件R4来改变复合电阻器Rf的电阻值时，调节上述特性。
[0056]于是，操作员监测输出信号Vo的频率，同时改变CR振荡电路21的操作环境温度，并微调电阻元件R4的电阻值。结果，如图11中的实线所示，将振荡频率调节到在预期工作温度范围中几乎恒定。然后，如图12中所示，在将温度特性调节到几乎平坦之后，微调串联电路22中的电阻元件R2b的电阻值(在这里，改变比较器4的阈值)，使得CR振荡电路21的振荡频率最终接近目标值。
[0057]如上所述，在本实施例中，形成串联电路22的电阻元件Rl、R2b、R3由具有相同电阻温度系数的材料制造，并且振荡电阻元件Rf由被配置成可微调的电阻元件R4和电阻元件R5的串联电路形成，电阻元件R5比电阻元件R4具有更小温度特性或具有负温度特性。
[0058]于是，可以通过使用电阻元件R5来限制振荡频率相对于温度升高而减小。在微调电阻元件R4的电阻值时，振荡电阻元件Rf中的电阻元件R5的权重改变，电容器Cl的充电和放电速度改变，并且可以调节振荡频率。因此，调节比较器4的输出响应延迟，并且可以调节振荡频率的温度特性。因为形成串联电路22的电阻元件R2b被配置成可微调，所以即使在形成串联电路22的电阻元件的电阻值变化时，也可以之后通过微调来调节电阻值，并可以以更高的精确度调节温度特性。
[0059](第五实施例)
[0060]将参考图13描述根据本公开第五实施例的CR振荡电路31。根据本实施例的CR振荡电路31与根据第四实施例的CR振荡电路21不同之处在于，省略了电阻元件R2，并且用可微调的电容器C2替代了电容器Cl。也是在这种配置中，因为可以通过改变电容器C2的电容来调节充电和放电速度，所以可以获得类似于第四实施例的效果。
[0061]本公开不仅限于上文或附图所述的实施例，并且以下修改或扩展是可能的。
[0062]在第一到第三实施例中，第二电阻元件是可微调的元件。不过，并非始终需要第二电阻元件可微调。如果可以事先掌握CR振荡电路的温度特性和第一电阻元件的温度特性，则可以考虑温度特性来选择第二电阻元件的电阻值。
[0063]例如，也可以使用金属膜电阻器作为第一实施例中的第一电阻元件。例如，也可以使用碳膜电阻器作为第二实施例中的第一电阻元件。例如，也可以使用除CrSi电阻器之外的金属膜电阻器作为第二电阻元件。还是在第四和第五实施例中，可以根据需要将电阻元件R2b配置成可微调的。
【权利要求】
1.一种CR振荡电路,包括: 电容器(Cl)； 振荡电阻元件(R4)； 具有反相输入端子的比较器(4)，所述反相输入端子经由所述电容器(Cl)连接到地，并且经由所述振荡电阻元件(R4)连接到输出端子； 串联电路(l，la，12)，其包括至少三个串联连接于电源和所述地之间的电阻元件(R1，Rlx, R2, R2a, R2x, R3, R3x)； 第一开关电路(2)，其一端连接到处于所述串联电路(l，la，12)中的、并且连接到所述电源的所述电阻元件(Rl，Rlx)的低电势侧端子，并且所述第一开关电路(2)的另一端连接到所述比较器⑷的非反相输入端子；以及 第二开关电路(3)，其一端连接到处于所述串联电路(l，la，12)中的、并且连接到所述地的电阻元件(R3，R3x)的高电势侧端子，并且第二开关电路(3)的另一端连接到所述非反相输入端子，其中 在所述比较器(4)的输出信号处于高电平时，所述第一开关电路(2)被导通，并且在所述输出信号处于低电平时，所述第二开关电路(3)被导通， 形成所述串联电路(I, Ia, 12)的所述电阻元件(R1, Rlx, R2，R2a，R2x, R3，R3x)包括具有大电阻温度系数的第一电阻元件(Rl，R2x, R3)和具有比所述第一电阻元件(Rl，R2x,R3)的电阻温度系数小的电阻温度系数的第二电阻元件(Rlx，R2，R2a，R3x)， 并且 所述电容器(Cl)和所述振荡电阻元件(R4)中的至少一个被配置成可调整。
2.根据权利要求1所述的CR振荡电路，其中 所述第二电阻元件(Rlx，R2, R2a，R3x)被配置成可微调。
3.根据权利要求1或2所述的CR振荡电路，其中 所述第一电阻元件(Rl，R3)具有正温度特性并包括一端连接到所述电源的电阻元件(Rl)和一端连接到所述串联电路(I)中的所述地的电阻元件(R3)，并且所述第二电阻元件(R2)连接于两个所述第一电阻元件(R1，R3)之间。
4.根据权利要求1或2所述的CR振荡电路，其中 所述第二电阻元件(Rlx，R3x)包括一端连接到所述电源的电阻元件(Rlx)和一端连接到所述串联电路中的所述地的电阻元件(R3x)，并且 所述第一电阻元件(R2x)连接于两个所述第二电阻元件(Rlx，R3x)之间，并具有负温度特性。
5.—种CR振荡电路包括: 电容器(Cl)； 振荡电阻元件(Rf)； 具有反相输入端子的比较器(4)，所述反相输入端子经由所述电容器(Cl)连接到地，并且经由所述振荡电阻元件(Rf)连接到输出端子； 串联电路(22)，其包括至少三个串联连接于电源和所述地之间的电阻元件(Rl，R2b，R3)； 第一开关电路(2)，其一端连接到处于所述串联电路(22)中的、并且连接到所述电源的电阻元件(Rl)的低电势侧端子，并且所述第一开关电路(2)的另一端连接到所述比较器(4)的非反相输入端子；以及 第二开关电路(3)，其一端连接到处在所述串联电路(22)中的、并且连接到所述地的电阻元件(R3)的高电势侧端子，并且所述第二开关电路(3)的另一端连接到所述非反相输入端子，其中 在所述比较器(4)的输出信号处于高电平时，所述第一开关电路(2)被导通，并且在所述输出信号处于低电平时，所述第二开关电路(3)被导通， 所述振荡电阻元件(Rf)由第一电阻元件(R5)和被配置成能够被调整的第二电阻元件(R4)的串联电路形成，所述第一电阻元件(R5)的电阻温度系数比形成所述串联电路的电阻元件(Rl，R2b，R3)的电阻温度系数小。
6.—种CR振荡电路包括: 电容器(Cl)； 振荡电阻元件(R5)； 具有反相输入端子的比较器(4)，所述反相输入端子经由所述电容器(Cl)连接到地，并且经由所述振荡电阻元件(R5)连接到输出端子；串联电路(22)，其包括至少三个串联连接于电源和所述地之间的电阻元件(Rl，R2b，R3)； 第一开关电路(2)，其一端连接到处于所述串联电路(22)中并且连接到所述电源的电阻元件(Rl)的低电势侧端子，并且另一端连接到所述比较器(4)的非反相输入端子；以及第二开关电路(3)，其一端连接到处于所述串联电路(22)中并且连接接到所述地的电阻元件(R3)的高电势侧端子，并且另一端连接到所述非反相输入端子，其中 在所述比较器(4)的输出信号处在高电平时，所述第一开关电路(2)被导通，并且在所述输出信号处在低电平时，所述第二开关电路(3)被导通， 所述振荡电阻元件(R5)比起形成所述串联电路(22)的电阻元件(Rl，R2b，R3)具有更小的电阻温度系数，并且 所述电容器(Cl)被配置成可微调。
7.根据权利要求5或6所述的CR振荡电路，其中 形成所述串联电路(22)的电阻元件(Rl，R2b，R3)中的一个被配置成是可微调的。
【文档编号】H03K3/0231GK104054262SQ201280064970
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年12月11日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】松尾一心 申请人:株式会社电装