输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体的制作方法
【专利摘要】本发明提供输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体，尽管使用MOS型的输出晶体管也能不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。输出电路包括：第1电路（13），其根据基准电压生成基于电阻比的第1输出电压；第2电路（14），其将第1输出电压和设定输出信号的第2输出电压的第2晶体管的源极电压进行比较，生成使第1晶体管输出第2输出电压的输出栅极电压；以及第3电路（15），其根据输入控制信号控制向第1晶体管施加输出栅极电压的时机。
【专利说明】输出电路、集成电路、振动器件、电子设备、移动体
【技术领域】
[0001]本发明涉及输出电路、半导体集成电路、振动器件、电子设备和移动体等。
【背景技术】
[0002]近年来，存在很多用于以高的数据速率进行串行通信的标准，例如使用了 PECL(Positive Emitter Coupled Logic:正射极稱合逻辑)、LVPECL (Low Voltage PECL,低电压PECL)。并且，还存在很多符合这些标准的输出电路，在集成电路装置(IntegratedCircuit，IC)等中使用。例如，PECL输出电路在包括振荡电路的集成电路中使用，根据振荡信号输出PECL的差动信号。
[0003]—般，在PECL输出电路中，输出晶体管使用双极型的NPN晶体管(例如，参照专利文献I)。双极型的晶体管由于动作高速，因而适于高速串行传输。
[0004]【专利文献I】日本特开2001- 320267号公报
[0005]【专利文献2】美国专利申请公开第2009/0140768号说明书
[0006]这样的PECL输出电路需要通过BiCMOS工艺来制造。然而，在使用BiCMOS工艺的情况下，与MOS工艺相比，工艺成本变高，结果，包括PECL输出电路的集成电路装置自身的成本上升。
[0007]在专利文献2的发明中，输出晶体管采用MOS型的晶体管(例如，参照专利文献2的图8B)， 能够通过MOS工艺来制造。然而，在使用MOS型晶体管的情况下，其阈值通常产生制造偏差(例如，±0.1V左右)。因此，使专利文献2的发明的PECL输出电路的输出电压保持在PECL的标准内是困难的。
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述情况而完成的，根据本发明的几个方式，可提供尽管使用MOS型的输出晶体管也能不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压的输出电路、半导体集成电路、振动器件、电子设备、移动体等。
[0009]本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例来实现。
[0010][应用例I]
[0011]本应用例涉及的输出电路将MOS型的第I晶体管作为输出级，该MOS型的第I晶体管的漏极端子被施加电源电压，从源极端子输出输出信号，所述输出电路包括:第I电路，其根据基准电压生成基于电阻比的第I输出电压；第2电路，其将所述第I输出电压和第2晶体管的源极电压进行比较，生成使所述第I晶体管输出所述输出信号的第2输出电压的输出栅极电压，其中，该第2晶体管设定所述第2输出电压；以及第3电路，其根据输入控制信号控制向所述第I晶体管施加所述输出栅极电压的时机。
[0012]本应用例涉及的输出电路将从源极跟随器结构的MOS型的第I晶体管作为输出级。并且，输出电路包括:第I电路，其生成第I输出电压；第2电路,其根据第I输出电压和复制的输出信号的输出电压生成输出栅极电压；以及第3电路，其根据输入控制信号控制向第I晶体管施加输出栅极电压。另外，第I晶体管对应于上述的输出晶体管。
[0013]第I电路生成的第I输出电压例如可以是与在规范或标准中规定的高电平或低电平对应的电压。
[0014]而且，第2电路生成的输出栅极电压是施加给第I晶体管的栅极端子的电压。此时，根据复制的输出信号的输出电压和第I输出电压调整输出栅极电压。例如，以使它们的电压差消失的方式调整输出栅极电压。
[0015]此时，第2电路包括用于输出信号的输出电压复制的电路，而该电路的晶体管与第I晶体管同样地发生偏差。因此，能够与制造偏差无关地使输出信号的输出电压成为第2输出电压(例如，与在标准中规定的高电平或低电平对应的电压)。
[0016]而且，第3电路可根据输入控制信号，控制对第I晶体管施加输出栅极电压，从第I晶体管的源极端子输出例如高电平或低电平的第2输出电压。因此，本应用例涉及的输出电路尽管使用MOS型的第I晶体管，但也能够不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。第3电路可以是包含例如传输门(transmiss1n gate)的结构，也可以是包括选择性地输出例如2个输出栅极电压的反相器或缓冲器等的结构。
[0017][应用例2]
[0018]在上述应用例涉及的输出电路中，所述第2电路可以包括所述第I晶体管的复制电路。
[0019][应用例3]
[0020]在上述应用例涉及的输出电路中，所述复制电路可以包括:复制晶体管，其漏极端子被施加电源电压；和电流源，其与所述复制晶体管的源极端子连接，所述第2电路以使所述复制晶体管的源极端子的电压和所述第I输出电压一致的方式，生成复制晶体管调整电压，该复制晶体管调整电压是所述复制晶体管的栅极电压，将所述复制晶体管调整电压作为所述输出栅极电压。
[0021][应用例4]
[0022]在上述应用例涉及的输出电路中，所述复制电路可以包括尺寸比所述第I晶体管小的所述复制晶体管。
[0023]本应用例涉及的输出电路的第2电路可以包括第I晶体管的复制电路。第2电路通过包括第I晶体管的复制电路，可准确进行输出信号的输出电压的复制。
[0024]这里，复制电路可以包括:复制晶体管，其漏极端子被施加电源电压；和电流源，其与复制晶体管的源极端子连接。复制晶体管复制了第I晶体管，可以是相同尺寸的晶体管，而优选的是以规定的比率缩小尺寸后的晶体管。此时，可抑制复制电路的功耗。
[0025]并且，电流源复制了在输出电路的外部附加的负载电路。本应用例涉及的输出电路即使在用作可使用多个电源电压的标准(例如PECL)的输出电路的情况下，也能够通过复制不依赖于电源电压的电流来扩大使用范围。
[0026]而且，第2电路以使复制晶体管的源极端子的电压和第2输出电压一致的方式，生成作为复制晶体管的栅极电压的复制晶体管调整电压。这里，复制晶体管的源极端子的电压对应于输出信号的输出电压。因此，通过将复制晶体管调整电压设为输出栅极电压，本应用例涉及的输出电路能够准确实现期望的输出电压。
[0027][应用例5]
[0028]在上述应用例涉及的输出电路中，所述输出信号可以取第I电平和不同于所述第I电平的第2电平中的至少一个作为信号电平，所述第I电路生成与所述第I电平、所述第2电平的所述输出信号对应的所述第I输出电压，所述第2电路生成与所述第I电平、所述第2电平的所述输出信号对应的作为所述输出栅极电压的第I输出栅极电压、第2输出栅极电压，所述第3电路根据所述输入控制信号，选择所述第I输出栅极电压和所述第2输出栅极电压中的一方而施加给所述第I晶体管。
[0029][应用例6]
[0030]在上述应用例涉及的输出电路中,所述输出信号可以是多个。
[0031][应用例7]
[0032]在上述应用例涉及的输出电路中,所述输出信号可以是差动输出。
[0033]本应用例涉及的输出电路取第I电平和第2电平作为输出信号的信号电平。第I电平、第2电平例如可以对应于数字输出信号的高电平、低电平，然而不限于此。此时，第I电路针对第I电平、第2电平分别生成第I输出电压。第2电路使用2个第I输出电压，生成与第I电平、第2电平分别对应的输出栅极电压即第I输出栅极电压、第2输出栅极电压。
[0034]然后，第3电路根据输入控制信号，选择第I输出栅极电压和第2输出栅极电压中的一方而施加给第I晶体管。在对第I晶体管的栅极端子施加了第I输出栅极电压的情况下，输出信号的输出电压成为与第I电平(例如，高电平)对应的第2输出电压。并且,在对第I晶体管的栅极端子施加了第2输出栅极电压的情况下，输出信号的输出电压成为与第2电平(例如，低电平)对应的第2输出电压。这样，本应用例涉及的输出电路可以分别针对多个信号电平，不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压。另外，多个信号电平可以是3个以上。
[0035]输出电路可以输出多个输出信号。而且，这些输出信号可以是差动输出。例如，输出电路可以是PECL输出电路,可以输出同相信号和反相信号这2个输出信号。并且，可以具有多个这样的通道。此时，本应用例涉及的输出电路能够不受例如制造偏差的影响地实现期望的输出电压，因而可实现高品质的多输出电路、差动输出电路。
[0036][应用例8]
[0037]本应用例涉及的半导体集成电路包括:上述应用例涉及的输出电路；和振荡电路，其使振荡元件振荡来生成振荡信号，所述输出电路将所述振荡信号用作所述输入控制信号。
[0038][应用例9]
[0039]本应用例涉及的振动器件包括:所述应用例涉及的半导体集成电路；和所述振荡元件。
[0040]本应用例涉及的半导体集成电路、振动器件包括振荡电路和所述的输出电路，可生成基于来自振荡电路的振荡信号的输出信号(以下，也称为时钟信号)。因此，本应用例涉及的半导体集成电路、振动器件能够不受制造偏差的影响地输出期望的输出电压的时钟信号。另外，振动器件是检测物理量的装置，可以输出期望的输出电压的物理量信号等。
[0041][应用例10]
[0042]本应用例涉及的电子设备包括所述应用例涉及的半导体集成电路。
[0043][应用例11]
[0044]本应用例涉及的移动体包括所述应用例涉及的半导体集成电路。
[0045]本应用例涉及的电子设备、移动体包括上述的半导体集成电路，可利用不受制造偏差的影响的期望的输出电压的时钟信号等。因此，可实现可靠性高的电子设备、移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1是示出本实施方式的输出电路的结构例的图。
[0047]图2是使包括本实施方式的输出电路和振荡电路的半导体集成电路与振荡元件连接的图。
[0048]图3的(A)、图3的(B)是说明终端电路(terminat1n circuit)的图。
[0049]图4的(A)、图4的(B)是对复制电路的设计进行说明的图。
[0050]图5的(A)、图5的(B )是示出振动器件的结构例的图。
[0051]图6是电子设备的功能框图。
[0052]图7是示出电子设备的外观的一例的图。
[0053]图8是示出移动体的一例的图。
[0054]图9是示出现有的输出电路的例子的电路图。
[0055]图10是示出现有的输出电路的另一例的电路图。
[0056]标号说明
[0057]10半导体集成电路；11输出电路；12振荡电路；13第I电路；14第2电路；15第3电路；20石英振荡器；24反相器；25反相器；26石英振子；41固定电容；42固定电容；200振动器件；210半导体集成电路；211输出电路；212振荡电路；220温度传感器；230振荡元件；240传感器元件；250检测电路；300电子设备；320CPU ；330操作部；340R0M ；350RAM ；360通信部；370显示部；380声音输出部；400移动体；410振荡部；420控制器；450电池；460备用电池；101IA输出电路；101IB输出电路；1013前级电路；1015后级电路；A1误差放大器；A2误差放大器；Ar误差放大器；D0同相输出信号；D0b反相输出信号；GT栅极；11电流；12电流；Ir电流；Is电流；L0栅极长度；N1晶体管；N2晶体管；N3复制晶体管；N4电流源；N5复制晶体管；N6电流源；N9输出晶体管；N10输出晶体管；N11晶体管；N13晶体管；P1晶体管；P2晶体管；P3晶体管；P4晶体管；Q1NPN晶体管；Q2NPN晶体管；R1电阻；R2电阻；REl复制电路；RE2复制电路；Rf反馈电阻；Rr电阻；S同相振荡信号；Sb反相振荡信号；V1第I输出电压；V2第I输出电压；Vc频率控制电压；Vdd电源电压；VgH输出栅极电压；VgL输出栅极电压；Vr基准电压；VsH源极电压；VsL源极电压；Vth阈值电压；W0栅极宽度。
【具体实施方式】
[0058]以下，使用附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，以下说明的实施方式并非不当地限定权利要求所述的本发明的内容。并且，以下说明的所有结构不一定是本发明的必须构成要件。
[0059]1.输出电路、半导体集成电路
[0060][输出电路的结构]
[0061]图1是示出本实施方式的输出电路11的结构例的图。输出电路11构成后述的半导体集成电路10的输出级，根据同相振荡信号S、反相振荡信号Sb，输出作为PECL(Positive Emitter Coupled Logic，正射极耦合逻辑)的差动输出信号的同相输出信号DO、反相输出信号DOb。另外，同相振荡信号S、反相振荡信号Sb对应于本发明的输入控制信号，同相输出信号DO、反相输出信号DOb对应于本发明的输出信号。另外，以下，在无需对同相输出信号DO和反相输出信号DOb进行区分的情况下,简单表现为“输出电路11的输出信号”。
[0062]输出电路11包括MOS型的输出晶体管N9、N10，输出晶体管N9、N10的漏极端子被施加电源电压Vdd,分别从源极端子输出同相输出信号D0、反相输出信号DOb。并且,输出电路11包括第I电路13、第2电路14、第3电路15。输出晶体管N9、N10对应于本发明的第I晶体管。
[0063]第I电路13生成输出电路11的输出信号的第I输出电压V1、V2。第I输出电压V1、V2分别是基于PECL标准的差动输出信号的高电平、低电平的电压。输出电路11的输出信号被要求不受例如制造偏差的影响地取第I输出电压Vl或第I输出电压V2。以下，说明第I电路13的结构。
[0064]如图1所示，第I电路13包含稳定的基准电压Vr。基准电压Vr例如可使用带隙基准电路等来实现。第I电路I3的误差放大器Ar调整晶体管Pl的栅极电压，在反相输入端子和同相输入端子的电压大致相等的状态下保持平衡。因此，假定与晶体管Pl连接的电阻(以下是电阻Rr)的电阻值是Rr，流过晶体管Pl的电流Ir可以表示为式(I)。
【权利要求】
1.一种输出电路，其将MOS型的第I晶体管作为输出级，该MOS型的第I晶体管的漏极端子被施加电源电压，从源极端子输出输出信号，所述输出电路包括: 第I电路，其根据基准电压生成基于电阻比的第I输出电压； 第2电路，其将所述第I输出电压和第2晶体管的源极电压进行比较，生成使所述第I晶体管输出所述输出信号的第2输出电压的输出栅极电压，其中，该第2晶体管设定所述第2输出电压；以及 第3电路，其根据输入控制信号控制向所述第I晶体管施加所述输出栅极电压的时机。
2.根据权利要求1所述的输出电路，其中， 所述第2电路包括所述第I晶体管的复制电路。
3.根据权利要求2所述的输出电路，其中， 所述复制电路包括: 复制晶体管，其漏极端子被施加电源电压；和 电流源，其与所述复制晶体管的源极端子连接， 所述第2电路以使所述复制晶体管的源极端子的电压和所述第I输出电压一致的方式，生成复制晶体管调整电压，该复制晶体管调整电压是所述复制晶体管的栅极电压， 将所述复制晶体管调整电压作为所述输出栅极电压。
4.根据权利要求3所述的输出电路，其中， 所述复制电路包括尺寸比所述第I晶体管小的所述复制晶体管。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的输出电路，其中， 所述输出信号取第I电平和不同于所述第I电平的第2电平中的至少一个作为信号电平，所述第I电路生成与所述第I电平、所述第2电平的所述输出信号对应的所述第I输出电压， 所述第2电路生成与所述第I电平、所述第2电平的所述输出信号对应的作为所述输出栅极电压的第I输出栅极电压、第2输出栅极电压， 所述第3电路根据所述输入控制信号，选择所述第I输出栅极电压和所述第2输出栅极电压中的一方而施加给所述第I晶体管。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的输出电路，其中， 所述输出信号是多个。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的输出电路，其中， 所述输出信号是差动输出。
8.—种半导体集成电路，其包括: 权利要求1至4中的任一项所述的输出电路；和 振荡电路,其使振荡元件振荡来生成振荡信号， 所述输出电路将所述振荡信号作为所述输入控制信号。
9.一种振动器件,其包括: 权利要求8所述的半导体集成电路；和 所述振荡元件。
10.一种电子设备，其包括权利要求8所述的半导体集成电路。
11.一种移动体，其包括权利要求8所述的半导体集成电路。
【文档编号】H03K19/0175GK104079287SQ201410111176
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2013年3月26日
【发明者】神崎实 申请人:精工爱普生株式会社