專利名稱：振蕩電路中的負(fù)載電容的決定方法、振蕩電路及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于實(shí)現(xiàn)低功耗的振蕩電路的負(fù)載電容的決定方法、振蕩電路及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
在時(shí)鐘、便攜電話等便攜設(shè)備中，要求裝入了石英(水晶)振動(dòng)器的振蕩電路的驅(qū)動(dòng)功率的減小、低功耗化。圖3示出使用石英振動(dòng)器的典型振蕩電路，具有CMOS反相器IV01、與CMOS反相器 IVOl的輸入端子XCIN與輸出端子XCOUT之間連接的石英振動(dòng)器X2、負(fù)載電容Cg以及負(fù)載電容Cd。另外，在CMOS反相器IVOl的PMOS晶體管PMll的源極與第I電源端子之間，以及CMOS反相器IVOl的NMOS晶體管匪11與第2電源端子之間，連接有限制激振石英振動(dòng)器X2的驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)電流調(diào)整用電阻元件rl及r2。近年來(lái)要求便攜設(shè)備等所搭載的振蕩電路低功耗化，而為此需要降低振蕩電路中的石英振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流Ios。為此，考慮減小振蕩電路中的CMOS反相器的互導(dǎo)Gm。然而，減小互導(dǎo)Gm時(shí)，振湯電路的振湯余量有可能降低。振蕩電路的振蕩余量M，由下式⑴給出。M = I -Gm / {(ω 2Cg · Cd) X (1/R1 (max))} = RL /Rl (max)... (I)ω是振蕩頻率的角頻率、RL是負(fù)電阻(負(fù)性抵抗)、R1 (max)是石英振動(dòng)器的有效電阻Rl的最大值、要求振蕩余量M為5以上的值。在此，可知為了減小互導(dǎo)Gm且維持振蕩電路的振蕩余量M，只要減小與振蕩電路的外部連接的外接負(fù)載電容Cg、Cd即可。此外，外接的負(fù)載電容Cg、Cd與振蕩電路整體的負(fù)載電容CL之間，存在CL = Cs+Cg X Cd/ (Cg+Cd)... (2)的關(guān)系。在此Cs是設(shè)在振蕩電路的寄生電容。S卩，由現(xiàn)有可知若減小負(fù)載電容CL，則能夠維持振蕩余量M且降低驅(qū)動(dòng)電流Ios。專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-205658號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
以往，在設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則變更負(fù)載電容CL、負(fù)電阻RL，找出驅(qū)動(dòng)電流Ios變低的負(fù)載電容CL、負(fù)電阻RL。然而在該方法中，振蕩電路的設(shè)計(jì)需要大量的時(shí)間。因此，本發(fā)明的目的在于，提供有效率地導(dǎo)出能降低驅(qū)動(dòng)電流Ios的負(fù)載電容CL的方法。本發(fā)明是振蕩電路中的負(fù)載電容CL的決定方法，其特征在于，在以負(fù)電阻RLl時(shí)的振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流為Iosl、負(fù)載電容值為CLl的情況下，利用CL2 = CLlX (Ios2/Iosl)1/2決定用于實(shí)現(xiàn)振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流Ios2(< Iosl)的負(fù)載電容CL2。依據(jù)本發(fā)明，能提供用于實(shí)現(xiàn)低功耗的振蕩電路的負(fù)載電容CL的決定方法。


圖I是示出振蕩電路的負(fù)載電容CL與驅(qū)動(dòng)電流Ios的關(guān)系的圖表。圖2是說明振蕩電路中的合成反饋電阻的圖。圖3是示出使用振動(dòng)器的振蕩電路的圖。
圖4是示出圖3中的輸入輸出端子間XCIN及XOUT間的石英振動(dòng)器側(cè)的等效電路的圖。圖5是示出構(gòu)成負(fù)載電容CL的電容的圖。圖6是示出振蕩電路中的驅(qū)動(dòng)電流與負(fù)載電容CL的關(guān)系的圖。圖7是示出負(fù)載電容與負(fù)電阻的關(guān)系的圖表。圖8是示出對(duì)于各種Rfmin的最小反饋電阻值RFmin以及最大負(fù)電阻值Rlmax的圖。標(biāo)號(hào)說明11石英振動(dòng)器；12CM0S反相器；13低電流源；51反饋電阻；52泄漏電阻。
具體實(shí)施例方式以下，參照?qǐng)DI 8，對(duì)能適用本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I是示出負(fù)電阻RL= IMΩ時(shí)的負(fù)載電容CL與石英振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流Ios的關(guān)系的圖表。這樣，減小負(fù)載電容CL時(shí)驅(qū)動(dòng)電流Ios降低，因而能夠降低石英振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流。因此在本實(shí)施方式中，對(duì)如何決定能實(shí)現(xiàn)低的驅(qū)動(dòng)電流Ios的負(fù)載電容CL、負(fù)電阻RL進(jìn)行說明。首先，用Ios = GmX (V-Vth)表示驅(qū)動(dòng)電流Ios,利用上式(I),若以Cg = Cd =2CL，則成為 RL = Gm| バ 2ω(Χ)2· · · (3)。由此，可知驅(qū)動(dòng)電流Ios與(CL)2成比例。S卩，成為Ios = aX (CL)2... (4) (a為常數(shù)、隨RL的設(shè)定值變化)。此外，在此使負(fù)電阻RL固定。因此，若以負(fù)電阻RLl時(shí)的石英振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流為Iosl、負(fù)載電容為CL1，則Iosl = aX (CL1)2，所以使石英振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流為Ios2時(shí)的負(fù)載電容CL2成為CL2 = CLl X (Ios2/Iosl)1/2. · · (5)。由此，在固定負(fù)電阻RL的數(shù)值的狀態(tài)下測(cè)定驅(qū)動(dòng)電流Iosl和負(fù)載電容CL1，將該測(cè)定值代入(5)式，進(jìn)ー步將作為目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)電流Ios2代入(5)式，由此能求出負(fù)載電容CL2。即，能求出能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流Ios2的負(fù)載電容CL2。實(shí)際上，考慮誤差，將利用(5)式導(dǎo)出的負(fù)載電容CL2的±10%以內(nèi)的負(fù)載電容裝入振蕩電路即可。例如，以RL = 1ΜΩ、CLl = 4. 4pF、Iosl = 200nA,以目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流 Ios2 為 Iosl的一半即IOOnA時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流Ios2 = ΙΟΟηΑ，利用式(5)可知只要將CL2設(shè)定為3. 7pF即可。就是說，可知用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流Ios2的負(fù)載電容CL2。如以上那樣，對(duì)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流Ios2，若先確定能夠?qū)崿F(xiàn)其的負(fù)載電容CL2，則能夠設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電流低的石英振蕩電路。例如，在設(shè)定實(shí)現(xiàn)最初的驅(qū)動(dòng)電流值Iosl的負(fù)載電容CLl后，根據(jù)成為目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)電流Ios設(shè)定多個(gè)負(fù)載電容CL(CL2 CLn)。然后，在實(shí)際制造石英振蕩電路吋，通過將算出的負(fù)載電容CL裝入振蕩電路，能夠使石英振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流Ios為目標(biāo)值。此外，上述的決定方法是固定負(fù)電阻RL的值的情況下的決定方法，但負(fù)電阻RL也可以是其他值。在使負(fù)電阻RL變化的情況下，也能夠利用上述方法求出負(fù)載電容CL2。另外，從式⑶能夠?qū)С鯥 RLI = b X (CL) _2 (b 為常數(shù))…(6);進(jìn)一歩，CL2 = CLl X (RL1/RL2)1/2. · · (7)成立。就是說，也能從該關(guān)系求出負(fù)電阻RL。圖7是示出使驅(qū)動(dòng)電流值Ios為75nA時(shí)的負(fù)載電容CL與負(fù)電阻RL的關(guān)系的圖表。在此負(fù)載電容CL設(shè)定為4. 4pF、3. 7pF、3. lpF、2. 6pF、2. 2pF、1.9pF。依據(jù)該圖表，可知上述的式(6)及式(7)大體上正確。
接著對(duì)決定負(fù)電阻RL的方法進(jìn)行說明。若知道負(fù)電阻RL的范圍，則振蕩電路的設(shè)計(jì)變得容易。利用式⑴，振蕩余量M= |RL|/Rlmax、M彡5，所以|RL|的最小值成為
RLmin = 5XRlmax0在此，Rlmax是石英振動(dòng)器的等效串聯(lián)電阻的最大值,隨石英振動(dòng)器的種類而不同，為 60ΚΩ 時(shí)，IRLminI = 300kQ。g卩，RL > 300kQ。若以 Cg = Cd = 2CL,則式⑴成為振蕩余量M= {I Gm I / (2 ω CL)2} X (1/Rlmax) = RL | /Rlmax. . . (8)。此外，負(fù)電阻RL或阻抗{Iバ2ωα)(Ω)}變大時(shí)，不能夠忽略反饋電阻Rf的影響。因此，求出用于將反饋電阻Rf的影響抑制為最小，并使關(guān)系式(8)成立的負(fù)電阻RL的最大值RLmax時(shí)，RLmax為RL ^ (RL) max < a 2XRFmin = O. 5 X RFmin. · · (9)。在此α =安全系數(shù)=(1/2) 1/20如以上那樣，依據(jù)本實(shí)施方式，基于預(yù)先求出的驅(qū)動(dòng)電流Iosl、負(fù)載電容CL1，能夠決定能實(shí)現(xiàn)作為目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)電流Ios2的負(fù)載電容CL2。即，能提供有效率地導(dǎo)出能降低驅(qū)動(dòng)電流Ios的負(fù)載電容CL的方法。此外，在上述對(duì)石英振蕩電路進(jìn)行了說明，但在使用陶瓷振動(dòng)器作為振子的振蕩電路中也能夠適用本實(shí)施方式的方法。另外，使用本實(shí)施方式的方法設(shè)計(jì)的振蕩電路，能夠用于時(shí)鐘、便攜電話、便攜終端、筆記本個(gè)人電腦等電池驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備。進(jìn)ー步，也能夠適用于要求節(jié)能、省電的車載用電子設(shè)備，以及電視機(jī)、冰箱、空調(diào)等家電制品等的廣泛的電子設(shè)備。
權(quán)利要求
1.ー種負(fù)載電容CL的決定方法，決定振蕩電路中的負(fù)載電容CL，其特征在于， 在以負(fù)電阻RLl時(shí)的振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流為Iosl、負(fù)載電容為CLl的情況下，利用CL2=CLlX (IOS2/IOSl)1/2決定用于實(shí)現(xiàn)振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流Ios2( < Iosl)的負(fù)載電容CL2。
2.ー種負(fù)載電容CL的決定方法，決定振蕩電路中的負(fù)載電容CL，其特征在于， 在以驅(qū)動(dòng)電流Iosl時(shí)的振蕩電路的負(fù)電阻為RL1、負(fù)載電容為CLl的情況下，利用CL2=CLl X (RL1/RL2)1/2決定用于實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻RL2的負(fù)載電容CL2。
3.ー種振蕩電路中的負(fù)載電容CL的決定方法，其特征在于， 以(CLn+1/CLn)2 = α (η為I以上的整數(shù)，α是系數(shù))成立的方式，相對(duì)負(fù)載電容CLl決定負(fù)載電容CLn (η≥2)。
4.ー種振蕩電路，具有使用權(quán)利要求I 3的任一項(xiàng)所述的振蕩電路中的負(fù)載電容CL的決定方法決定的負(fù)載電容CL。
5.—種電子設(shè)備,其特征在于,搭載有權(quán)利要求4所述的振蕩電路。
全文摘要
本發(fā)明的負(fù)載電容CL的決定方法，決定振蕩電路中的負(fù)載電容CL，其特征在于，在以負(fù)電阻RL1時(shí)的振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流為Ios1、負(fù)載電容值為CL1的情況下，利用CL2＝CL1×(Ios2/Ios1)1/2決定用于實(shí)現(xiàn)振蕩電路的驅(qū)動(dòng)電流Ios2(＜Ios1)的負(fù)載電容CL2。從而提供有效率地導(dǎo)出能降低驅(qū)動(dòng)電流Ios的負(fù)載電容CL的方法。
文檔編號(hào)H03B5/32GK102684603SQ20121006934
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者相馬弘之 申請(qǐng)人:精工電子有限公司