インピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路
【課題】基準周波数を得る場合、安定した周波数、もしくは遅延要素を得る回路を提供する。
【解決手段】第１の温度変動率を持つ第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３で構成した第１の発振回路６と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４で構成した第２の発振回路７との出力を時系列的に交互に切替器５で選択する。第１のインピーダンス回路１の温度係数の絶対値が第２のインピーダンス回路２の温度係数より大きいとき、第１の発振回路６の使用時間を短くし、温度係数の小さい第２の発振回路７の使用時間を長く動作させるように、温度係数の比と逆の比率で発振回路の使用時間の比率を設定する。温度変動方向が逆の２つの温度係数を有することから、平均値として温度変動がほぼなく軽減される。時間平均値として温度変動が極めて小さく温度変動率の改善された発振周波数を得る。
【解決手段】第１の温度変動率を持つ第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３で構成した第１の発振回路６と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４で構成した第２の発振回路７との出力を時系列的に交互に切替器５で選択する。第１のインピーダンス回路１の温度係数の絶対値が第２のインピーダンス回路２の温度係数より大きいとき、第１の発振回路６の使用時間を短くし、温度係数の小さい第２の発振回路７の使用時間を長く動作させるように、温度係数の比と逆の比率で発振回路の使用時間の比率を設定する。温度変動方向が逆の２つの温度係数を有することから、平均値として温度変動がほぼなく軽減される。時間平均値として温度変動が極めて小さく温度変動率の改善された発振周波数を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路または電気信号処理システムで使用され、基準周波数信号の発生に係るインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路装置においては小型化，高精度化の両方が求められている。回路特性の高精度化の手段として、トリミング技術等が用いられる。特性に寄与するパラメータ等は調整回路等を設けて、トリミング等による調整が可能である。また温度変動に関しては、２本の抵抗の比でゲインが決まるアンプ等においての温度変動は無くなるが、何らかの時定数（例えば、抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｌ）やコイル（Ｃ））を得ようとしたとき、多くの場合はその素子の絶対値が時定数に直接現れる。この絶対値は、前述のトリミングなどの技術で補正することができるが、絶対値が持つ温度変動を安定化することは極めて困難であり、かつ実現したとしても、安定化するための回路の規模は軽視できない大きな規模となる。
【０００３】
特許文献１には、所望の温度範囲にわたって水晶発振器の出力周波数を安定化するための補償回路を備えた温度補償水晶発振器の提案がある。
【特許文献１】特開平１１−２２０３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体集積回路装置としての性能スペックが厳しい場合に、トリミング等により特性の標準温度での標準値は合わせ込むことができるが、温度変動に関しては、回路設計上、温度依存しないように設計できない場合、別途保証回路が必要になり、チップ面積の大型化，消費電力の増加，回路応答の鈍化などの好ましくない現象を伴う。
【０００５】
特性の絶対値バラツキは回路設計上、不可避もしくは設計が困難な場合、外部システムにより、キャリブレーションやバラツキ補正用データテーブルを利用した調整、もしくは基準値をもとにしたフィードバック制御などで可能である。しかし、温度変動に関しては温度検出回路が必要であり、また前記フィードバック制御により全時間補正もできるが、フィードバック制御は目的とする特性の検出確認方法、安定性や応答性の問題から最適とはいえない。
【０００６】
このような状況下において内部回路で温度補償を行うにしても、低消費電力化が求められ、かつ小規模なシステムの集積回路では、温度補償回路の搭載は深刻なスペックダウンを招くことになる。
【０００７】
本発明は、基準周波数を得る場合の、これらの複雑な課題を速やかに解決することに指向するものであり、安定した周波数、もしくは遅延要素を得ることができるインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したインピーダンス回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路とからなり、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るようにして、第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載したインピーダンス回路は、請求項１のインピーダンス回路であって、第１，第２のインピーダンス回路が置かれている環境温度を検出する温度検出器を備え、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得る際に、第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率の調整量を温度検出器の出力に応じて変化させ、第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載した信号生成回路は、請求項１記載の第１，第２のインピーダンス回路からなるインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、第１，第２の発振回路の使用比率を調整することで第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載した信号生成回路は、請求項２記載の第１，第２のインピーダンス回路と温度検出器を備えたインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、第１，第２の発振回路の使用比率を調整する際に、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、使用比率の調整量を温度検出器の出力に応じて変化させ、第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５，６に記載した信号生成回路は、請求項３，４の信号生成回路であって、制御回路に代えて第１，第２の発振回路からの出力信号を計数するカウンタ回路を備え、カウンタ回路の計数結果に応じて切替器を制御すること、さらに、カウンタ回路に代えて第１，第２の発振回路から信号を出力する時間を計測する時間計測器を備え、時間計測器の計測時間により切替器を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載した信号生成回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路と第２のインピーダンス回路を切替器により交互に切り替えて発振する発振回路と、第１，第２の温度変動率の大きさに応じて第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、時定数または共振周波数の持つ温度変動率の変動方向が逆の任意の温度変動率を有する２つのインピーダンス回路を備え、各温度変動率の大きさに応じて、時系列的に交互に利用して発振させるための時定数または共振周波数もしくは遅延要素とし、異なる温度変動方向を持つインピーダンス回路の使用比率を調整して温度変動率を平均値として得るようにすることで、この平均値がほぼ「０」もしくは「０」に近くなり温度変動率を平坦化できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基準周波数もしくは遅延要素を得るにあたり、温度変動率を極めて平坦化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態１における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、信号生成回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、抵抗（Ｒ），コイル（Ｌ），コンデンサ（Ｃ）をもとに作られた第１のインピーダンス回路１と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、Ｒ，Ｌ，Ｃをもとに作られた第２のインピーダンス回路２と、発振器を構成するための第１，第２の能動回路３，４と、信号を選択するための切替器５と、この切替器５を制御する制御回路８を備えている。
【００１８】
そして、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３から構成した第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４から構成した第２の発振回路７の出力を時系列的に交互に切替器５により選択して使用する。
【００１９】
例えば、第１と第２のインピーダンス回路１，２は、図２に示すようなＲＣ回路で実現可能であり、抵抗（Ｒ），コンデンサ（Ｃ）は共に、ディスクリート部品や半導体集積回路等で容易に得られる。第１，第２のインピーダンス回路１，２として、それぞれ図２に示すＲＣ回路として、コンデンサＣ１，Ｃ２には温度変動の等しいものを使用し、第１のインピーダンス回路１のＲ１に正の温度係数を持つ抵抗、第２のインピーダンス回路２のＲ２に負の温度係数の抵抗を使用する。また、図１の第１，第２の能動回路３，４にはアンプ等を用いて、図３のような発振回路を構成する。
【００２０】
仮に、第１のインピーダンス回路１の温度係数の絶対値を第２のインピーダンス回路２の温度係数より大きいもので構成した場合、第１のインピーダンス回路１を利用している第１の発振回路６の使用時間を短くし、温度変動率の小さい第２のインピーダンス回路２を利用している第２の発振回路７の使用時間を長くする。このように動作させるため、各時定数の温度係数の比と逆の比率で発振回路の使用時間の比率を設定することにより、温度変動の方向が逆の２つの温度係数を有するため、発振周波数は、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００２１】
いま、第１のインピーダンス回路１の有する時定数の温度係数が＋２（ｓ／Ｔ）で、第２のインピーダンス回路２の有する温度係数が−１（ｓ／Ｔ）であったとすると、２つのインピーダンス回路を時間で切り替え、常に、第１のインピーダンス回路１の使用時間を図４に示すｂ期間の「１ｓ」とし、第２のインピーダンス回路２の使用時間を図４に示すａ期間の「２ｓ」となるように使用する。これにより、第１のインピーダンス回路１および第２のインピーダンス回路２を切り替えて使用した場合、時定数の平均値は温度が変化しても常にほぼ「０」を保つ。
【００２２】
本実施形態１によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい時定数または共振周波数を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、温度安定性の良い時定数または共振周波数を得られる。
【００２３】
なお、本実施形態１では、コンデンサの温度係数は等しいとして説明したが、温度係数が異なる場合は、抵抗，コンデンサ両方の温度係数を考慮して、第１，第２のインピーダンス回路１，２に有する時定数の温度係数が正，負になるように設計すれば良い。
【００２４】
また、第１，第２の能動回路３，４は、図５に示すようにオペアンプ１３を使用したアンプ等により発振条件を満たす利得が得られれば良く、切替器５には、図６に示すＭＯＳスイッチ１４であっても良い。
【００２５】
また、切替器５には図７に示すような単なる加算器１５を利用し、図８に示すように、ＭＯＳスイッチ１４を応用して、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３を組み合わせた第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４を組み合わせた第２の発振回路６に供給する電源などバイアスをオン／オフさせても同様に実現可能である。各回路機能はＭＯＳあるいはバイポーラタイプ等のどちらで構成しても良い。また、前述の加算器１５も図５に示したように、オペアンプを用いれば容易に実現できる。
【００２６】
また、インピーダンス回路には、ＬＣ共振回路を用いても良く、電流のコンデンサへの充放電など発振等をつかさどるための遅延要素、共振要素であれば、本発明の技術に応用使用可能である。さらに、実現できる２つのインピーダンス（時定数）回路が、その時定数に持つ温度変動率に差は存在しても、極性が同方向の場合、例えば図９（ａ）に示すように第１，第２のインピーダンス（時定数）回路１，２をＲＣの直列回路で構成し、充電用バイアス電圧Ｖに温度変動を持たせ、バイアス電圧の温度変動と第１のインピーダンス（時定数）回路１との合成温度変動率と、バイアス電圧の温度変動と第２のインピーダンス（時定数）回路２との合成温度変動率において、変動極性が異なるように設定した第１，第２の時定数（温度変動率）としても良い。
【００２７】
さらに、図９（ｂ）に示すように、第１，第２の時定数を電流源より充電することで遅延を作り出す場合は、２つの時定数は電流源Ｉ１，Ｉ２の温度変動率と合成後の温度変動率の変動方向が逆方向になれば良く、さらに、図９（ｃ）に示すように２つのインピーダンス（時定数）回路から得られる信号を比較器１６，１７で比較して、所定の動作をつかさどる場合、比較器１６，１７に入力される基準値Ｖｒに温度変動を持たせ、基準値Ｖｒの温度変動との合成後の２つの時定数の温度変動が逆方向であれば良い。
【００２８】
また、前述した電流源Ｉ１，Ｉ２は等しいものであっても良く、充電用バイアス電圧Ｖ，基準値Ｖｒは２つに分けても良い。さらに、インピーダンス（時定数）回路についての説明は、後述する本発明の実施形態２〜５に対しても同様である。なお、本実施形態１において、インピーダンス回路を３つ以上備えていても良く、３つ以上の場合も、それぞれの時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良い。
【００２９】
また、インピーダンス回路と能動回路をそれぞれ３つ以上備えていても同様に、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路を構成し、それぞれの発振回路に利用したインピーダンス回路の温度変動率に応じて発振回路の使用頻度を変えれば良い。
【００３０】
図１０は本発明の実施形態２における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態２において、前述の実施形態１の図１に示した構成とは、第１，第２のインピーダンス回路１，２が置かれている環境の温度を検出する温度検出器２１を有する点が異なる。
【００３１】
また、図１０に示すように、発振器を構成するための第１，第２の能動回路３，４と、信号を選択するための切替器５と、切替器５を制御する制御回路８と、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３で構成の第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４で構成の第２の発振回路７を備えている。
【００３２】
第１，第２の発振回路６，７を時系列的に交互に切替器５で選択して使用し、第１，第２のインピーダンス回路１，２において、各々の時定数または共振周波数の持つ第１，第２の温度変動率に応じて、温度変動率の大きい方の発振回路の使用時間を短くし、温度変動率の小さい方の発振回路の使用時間を長くするように動作させる。このため、第１，第２の温度変動率の比と逆の比率で第１，第２の発振回路６，７の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆の２つの時定数のため、発振周波数は、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００３３】
さらに、第１，第２のインピーダンス回路１，２の有する時定数または共振周波数の持つ温度変動率が、温度の変化に対して非線形を示す場合に、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率が一定のとき、温度補償量に過不足が生じる。このため、温度検出器２１からの信号をもとに温度が変化したとき、この温度の変化に応じた、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率を調整する。これにより、第１，第２のインピーダンス回路１，２の時定数または共振周波数の持つ温度変動が温度に対し非線形な場合でも、安定な発振周波数を得ることができる。
【００３４】
温度検出器２１の構成例を図１１に示す。図１１に示すようにＰＮ接合ダイオード２２に電流源２３（抵抗でも良い）からの電流を流す。ＰＮ接合に生じる電位は温度に依存することから、この電圧を例えば比較器２４等により基準電圧Ｖｂと比較し、基準電圧Ｖｂを温度変動の温度に相当する電圧とすることで検出できる。これをもとに使用比率を制御するための信号とすれば良い。また、使用比率は、前述した図４に示すａ，ｂ期間の時間比率を変えれば良く、タイマー等の時間設定などにより可能である。
【００３５】
例えば、図１２に示す温度変動率において、どちらか一方の時定数の温度カーブが途中で変化する場合（図１２に示した点Ｐ）、使用比率が一定では最適な平均化が行えないので、このような場合は、点Ｐ付近の温度を検出し、２つの時定数の使用比率を切り替える。
【００３６】
このように本実施形態２によると、時間平均値として温度変動率が極めて小さい時定数または共振周波数を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、温度安定性の良い時定数または共振周波数を得られる。
【００３７】
なお、本実施形態２において、インピーダンス回路を３つ以上備えても良く、３つ以上の場合も、それぞれの時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良く、この使用頻度を温度検出器の信号をもとに変化させれば良い。
【００３８】
また、第１，第２あるいはそれ以上のインピーダンス回路を総合して、２つ以上の温度変動の変異点（図１２に示すＰ点に相当する点）がある場合は必要な複数の変異点の温度を検出し、インピーダンス回路の温度変動率の変化に応じて使用比率を変更すれば良い。
【００３９】
図１３は本発明の実施形態３における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態３は前述の実施形態１の図１に示した構成における制御回路８に代えて、周波数を計数するカウンタ２５を設けたものである。
【００４０】
そして、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３から構成した第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４から構成した第２の発振回路７の出力を時系列的に交互に切替器５で選択して使用する。この切替器５で選択された第１，第２の発振回路６，７のいずれかの信号をカウンタ２５で計数し、このカウンタ２５の計数結果をもとに、切替器５により第１，第２の発振回路６，７の出力信号を選択する。
【００４１】
第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を短く、温度変動率の小さいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、出力の信号の発振周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００４２】
さらに、第１，第２の発振回路６，７からの信号をカウンタ２５で計数し、計数結果をもとに使用する第１，第２の発振回路６，７を選択するように構成にすることで、外部制御を受けることなく、安定な発振周波数を得ることができる。
【００４３】
例えば、第１のインピーダンス回路１の時定数の温度係数が＋２（ｓ／Ｔ）で、第２のインピーダンス回路２の温度係数が−１（ｓ／Ｔ）であったとすると、２つのインピーダンス回路の使用時間比率として、第１のインピーダンス回路１の使用時間を１とすれば、第２のインピーダンス回路２の使用時間を第１のインピーダンス回路１の２倍とし、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率を１：２にすれば良い。具体的には、第１のインピーダンス回路１の使用期間を図４に示すｂ期間の「１ｓ」とし、第２のインピーダンス回路２の使用期間を図４に示すａ期間の「２ｓ」となるように使用すれば、第１，第２のインピーダンス回路１，２を１：２の比率で使用できる。
【００４４】
また、図１４に示すような１／３分周回路を用いる場合を考えると、第１，第２のインピーダンス回路１，２を交互に切り替えた場合の出力信号を用いて、図１５に示すような、デューティ比が２：１の信号ｆを生成し、その信号のデューティ比を用いて切り替えを行い、図１５のｈ期間を第１のインピーダンス回路１の使用期間、ｇ期間を第２のインピーダンス回路２の使用期間となるように制御すれば、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率が１：２となり、時定数の平均値は温度が変化しても常にほぼ「０」を保たれる。
【００４５】
このように、本実施形態４によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい発振周波数の発振回路を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、また、外部からの制御がない場合でも、第１，第２の発振回路６，７を切り替える最低限の機能を有することで周波数の温度安定性の良い発振回路をより得やすくなる。
【００４６】
なお、本実施形態４において、インピーダンス回路と能動回路をそれぞれ３つ以上備えても良く、３つ以上の場合も、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路を構成し、それぞれの発振回路に利用したインピーダンス回路の温度変動率に応じて発振回路の使用頻度を変えれば良い。
【００４７】
また、カウンタ２５は計数することで、各発振回路の使用時間を切り替えるが、このカウンタ２５は回路的に制御量を変更できるものでも良く、もしくは、プログラマブルなものであっても良い。さらに、制御比を得るために１／３分周器を用いたが、入力周波数が高い場合は分周器の前段にプリスケーラに相当するものを挿入しても良く、分周比として１：２を生成する場合に、１／３分周器の代わりに、それに近い比率のものを用いても良い。
【００４８】
図１６は本発明の実施形態４における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１６に示すように、本実施形態４は前述の実施形態３の図１３に示した構成におけるカウンタ２５に代えて、時間計測器２６を設けたものである。
【００４９】
この時間計測器２６により、第１，第２の発信回路６，７の出力を切り替えて使用する構成であって、実施形態３と同様に、第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を短く、温度変動率の小さいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００５０】
さらに、第１，第２の発振回路６，７からの信号を時間計測器２６からの時間制御により、使用する第１，第２の発振回路６，７のいずれかを選択するように構成にすることにより、外部制御を受けることなく、安定な発振周波数を得ることができる。
【００５１】
図１７は本発明の実施形態５における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１７に示すように、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路１と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路２と、発振器を構成するための第１の能動回路３と、第１，第２のインピーダンス回路１，２を交互に機能させて第１の能動回路３との発振回路を形成させるための切替器９を有し、第１の能動回路３は、例えば制御回路（図示せず）から切替器９により第１，第２のインピーダンス回路１，２の接続を切り替えて使用して発振回路１１を構成している。
【００５２】
第１，第２のインピーダンス回路１，２を時系列的に交互に選択して発振する発振回路１１を構成し、第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きい方のインピーダンス回路の選択時間を短くし、温度変動率の小さいインピーダンス回路の選択時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を選択する時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、出力信号の発振周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００５３】
このように実施形態５によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい発振周波数の発振回路１１に用いる能動回路を１つにすることでコンパクトにすることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、周波数の温度安定性の良い発振回路を得られる。
【００５４】
本実施形態５における第１，第２のインピーダンス回路１，２および切替器９、第１の能動回路３は、前記実施形態１に示した構成要件と同様のものから実現可能である。なお、実施形態５において、インピーダンス回路を３つ以上備えていても良く、３つ以上の場合も、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路が構成できるようにし、それぞれのインピーダンス回路の時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良い。
【００５５】
図１８は本発明の実施形態６における信号生成回路の概略構成を用いたシステム装置を示すブロック図である。図１８に示すように、前記実施形態１〜５で説明した信号生成回路３０を利用して、システム装置３１内に設け、システムクロック３２からの供給される信号の代役として機能することを目的とする。例えば、システム装置３１のボードが何らかのダウンをして、システムクロック３２の出力が無くなった場合、保護動作や復帰動作などでクロックが必要なブロックあるいは回路機能に対して、クロック信号を供給する。また、システムクロック３２が停止した場合に最低限の自己動作を行うため、クロックが必要なブロックに内蔵することも考えられる。システムクロック３２ほどの精度はないが、システム装置３１において、システムダウンや故障等において行われる診断機能などを簡易的に実現することが必要な場合、専用のクロック回路やボードを設けるなどの規模増大を防ぐことができ、かつ所望する機能を実現するための手段を提供することができる。
【００５６】
本発明の実施形態７における信号生成回路は前述した各実施形態の実現するため半導体集積回路装置として構成したものである。
【００５７】
近年のコンピュータや携帯端末など、電子機器は半導体集積回路が多用されており、前記実施形態１〜５において説明した信号生成回路を搭載して前記実施形態６のシステム装置を実現するために作られた半導体集積回路装置である。
【００５８】
なお、前記実施形態１〜５に説明した信号生成回路で使われる温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、抵抗（Ｒ），コイル（Ｌ），コンデンサ（Ｃ）をもとに作られたインピーダンス回路は、例えば図１９（ａ）〜（ｆ）に示すような、Ｒ，Ｌ，Ｃをすべて利用したものでなくても良く、図１９（ｆ）に示すようなインピーダンス（時定数）回路では、上部端子に電圧を加えて充電し、そのときの充電電圧Ｖｏを利用するよう構成した場合、その電圧は最初にダイオードＤｉの電圧Ｖｂｅで立ち上がり、その後コンデンサＣへの充電電圧Ｖｏで上昇する。この電圧Ｖｂｅは温度特性を有するインピーダンス（時定数）回路として利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路は、基準周波数もしくは遅延要素を得るにあたり、温度変動率を極めて平坦化することができ、半導体集積回路または電気信号処理システムで使用され、基準周波数信号を発生する回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図２】インピーダンス回路の構成例のＲＣ回路を示す図
【図３】発振回路の構成を示す図
【図４】２つのインピーダンス回路の使用期間を示すタイミングチャート
【図５】能動回路をオペアンプで構成した例を示す図
【図６】切替器をＭＯＳスイッチで構成した例を示す図
【図７】切替器を加算器で構成した例を示す図
【図８】ＭＯＳスイッチを応用し発振回路の電源により切り替える構成を示す図
【図９】インピーダンス回路に（ａ）は充電用バイアス電圧の温度変動、（ｂ）は電流源の温度変動、（ｃ）は比較器の基準値の温度変動を合成する構成例を示す図
【図１０】本発明の実施形態２における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１１】温度検出器の構成を示す図
【図１２】温度変動率の変位点を説明する図
【図１３】本発明の実施形態３における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１４】１／３分周器の回路構成を示す図
【図１５】１：２の分周期間を示すタイミングチャート
【図１６】本発明の実施形態４における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施形態５における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１８】本発明の実施形態６における信号生成回路の概略構成を用いたシステム装置を示すブロック図
【図１９】インピーダンス回路の（ａ）〜（ｆ）はＲ，Ｌ，Ｃによる構成例を示す図
【符号の説明】
【００６１】
１ 第１のインピーダンス回路
２ 第２のインピーダンス回路
３，３ａ 第１の能動回路
４ 第２の能動回路
５，９ 切替器
６ 第１の発振回路
７ 第２の発振回路
８ 制御回路
１０，２０ インピーダンス回路
１１ 発振回路
１３ オペアンプ
１４ ＭＯＳスイッチ
１５ 加算器
１６，１７，２４ 比較器
２１ 温度検出器
２２ ＰＮ接合ダイオード
２３ 電流源
２５ カウンタ
２６ 時間計測器
３０ 信号生成回路
３１ システム装置
３２ システムクロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路または電気信号処理システムで使用され、基準周波数信号の発生に係るインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路装置においては小型化，高精度化の両方が求められている。回路特性の高精度化の手段として、トリミング技術等が用いられる。特性に寄与するパラメータ等は調整回路等を設けて、トリミング等による調整が可能である。また温度変動に関しては、２本の抵抗の比でゲインが決まるアンプ等においての温度変動は無くなるが、何らかの時定数（例えば、抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｌ）やコイル（Ｃ））を得ようとしたとき、多くの場合はその素子の絶対値が時定数に直接現れる。この絶対値は、前述のトリミングなどの技術で補正することができるが、絶対値が持つ温度変動を安定化することは極めて困難であり、かつ実現したとしても、安定化するための回路の規模は軽視できない大きな規模となる。
【０００３】
特許文献１には、所望の温度範囲にわたって水晶発振器の出力周波数を安定化するための補償回路を備えた温度補償水晶発振器の提案がある。
【特許文献１】特開平１１−２２０３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体集積回路装置としての性能スペックが厳しい場合に、トリミング等により特性の標準温度での標準値は合わせ込むことができるが、温度変動に関しては、回路設計上、温度依存しないように設計できない場合、別途保証回路が必要になり、チップ面積の大型化，消費電力の増加，回路応答の鈍化などの好ましくない現象を伴う。
【０００５】
特性の絶対値バラツキは回路設計上、不可避もしくは設計が困難な場合、外部システムにより、キャリブレーションやバラツキ補正用データテーブルを利用した調整、もしくは基準値をもとにしたフィードバック制御などで可能である。しかし、温度変動に関しては温度検出回路が必要であり、また前記フィードバック制御により全時間補正もできるが、フィードバック制御は目的とする特性の検出確認方法、安定性や応答性の問題から最適とはいえない。
【０００６】
このような状況下において内部回路で温度補償を行うにしても、低消費電力化が求められ、かつ小規模なシステムの集積回路では、温度補償回路の搭載は深刻なスペックダウンを招くことになる。
【０００７】
本発明は、基準周波数を得る場合の、これらの複雑な課題を速やかに解決することに指向するものであり、安定した周波数、もしくは遅延要素を得ることができるインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したインピーダンス回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路とからなり、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るようにして、第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載したインピーダンス回路は、請求項１のインピーダンス回路であって、第１，第２のインピーダンス回路が置かれている環境温度を検出する温度検出器を備え、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得る際に、第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、第１，第２のインピーダンス回路の使用比率の調整量を温度検出器の出力に応じて変化させ、第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載した信号生成回路は、請求項１記載の第１，第２のインピーダンス回路からなるインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、第１，第２の発振回路の使用比率を調整することで第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載した信号生成回路は、請求項２記載の第１，第２のインピーダンス回路と温度検出器を備えたインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、第１，第２の発振回路の使用比率を調整する際に、第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、使用比率の調整量を温度検出器の出力に応じて変化させ、第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５，６に記載した信号生成回路は、請求項３，４の信号生成回路であって、制御回路に代えて第１，第２の発振回路からの出力信号を計数するカウンタ回路を備え、カウンタ回路の計数結果に応じて切替器を制御すること、さらに、カウンタ回路に代えて第１，第２の発振回路から信号を出力する時間を計測する時間計測器を備え、時間計測器の計測時間により切替器を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載した信号生成回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路と、第１のインピーダンス回路と第２のインピーダンス回路を切替器により交互に切り替えて発振する発振回路と、第１，第２の温度変動率の大きさに応じて第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、時定数または共振周波数の持つ温度変動率の変動方向が逆の任意の温度変動率を有する２つのインピーダンス回路を備え、各温度変動率の大きさに応じて、時系列的に交互に利用して発振させるための時定数または共振周波数もしくは遅延要素とし、異なる温度変動方向を持つインピーダンス回路の使用比率を調整して温度変動率を平均値として得るようにすることで、この平均値がほぼ「０」もしくは「０」に近くなり温度変動率を平坦化できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基準周波数もしくは遅延要素を得るにあたり、温度変動率を極めて平坦化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態１における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、信号生成回路は、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、抵抗（Ｒ），コイル（Ｌ），コンデンサ（Ｃ）をもとに作られた第１のインピーダンス回路１と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、Ｒ，Ｌ，Ｃをもとに作られた第２のインピーダンス回路２と、発振器を構成するための第１，第２の能動回路３，４と、信号を選択するための切替器５と、この切替器５を制御する制御回路８を備えている。
【００１８】
そして、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３から構成した第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４から構成した第２の発振回路７の出力を時系列的に交互に切替器５により選択して使用する。
【００１９】
例えば、第１と第２のインピーダンス回路１，２は、図２に示すようなＲＣ回路で実現可能であり、抵抗（Ｒ），コンデンサ（Ｃ）は共に、ディスクリート部品や半導体集積回路等で容易に得られる。第１，第２のインピーダンス回路１，２として、それぞれ図２に示すＲＣ回路として、コンデンサＣ１，Ｃ２には温度変動の等しいものを使用し、第１のインピーダンス回路１のＲ１に正の温度係数を持つ抵抗、第２のインピーダンス回路２のＲ２に負の温度係数の抵抗を使用する。また、図１の第１，第２の能動回路３，４にはアンプ等を用いて、図３のような発振回路を構成する。
【００２０】
仮に、第１のインピーダンス回路１の温度係数の絶対値を第２のインピーダンス回路２の温度係数より大きいもので構成した場合、第１のインピーダンス回路１を利用している第１の発振回路６の使用時間を短くし、温度変動率の小さい第２のインピーダンス回路２を利用している第２の発振回路７の使用時間を長くする。このように動作させるため、各時定数の温度係数の比と逆の比率で発振回路の使用時間の比率を設定することにより、温度変動の方向が逆の２つの温度係数を有するため、発振周波数は、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００２１】
いま、第１のインピーダンス回路１の有する時定数の温度係数が＋２（ｓ／Ｔ）で、第２のインピーダンス回路２の有する温度係数が−１（ｓ／Ｔ）であったとすると、２つのインピーダンス回路を時間で切り替え、常に、第１のインピーダンス回路１の使用時間を図４に示すｂ期間の「１ｓ」とし、第２のインピーダンス回路２の使用時間を図４に示すａ期間の「２ｓ」となるように使用する。これにより、第１のインピーダンス回路１および第２のインピーダンス回路２を切り替えて使用した場合、時定数の平均値は温度が変化しても常にほぼ「０」を保つ。
【００２２】
本実施形態１によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい時定数または共振周波数を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、温度安定性の良い時定数または共振周波数を得られる。
【００２３】
なお、本実施形態１では、コンデンサの温度係数は等しいとして説明したが、温度係数が異なる場合は、抵抗，コンデンサ両方の温度係数を考慮して、第１，第２のインピーダンス回路１，２に有する時定数の温度係数が正，負になるように設計すれば良い。
【００２４】
また、第１，第２の能動回路３，４は、図５に示すようにオペアンプ１３を使用したアンプ等により発振条件を満たす利得が得られれば良く、切替器５には、図６に示すＭＯＳスイッチ１４であっても良い。
【００２５】
また、切替器５には図７に示すような単なる加算器１５を利用し、図８に示すように、ＭＯＳスイッチ１４を応用して、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３を組み合わせた第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４を組み合わせた第２の発振回路６に供給する電源などバイアスをオン／オフさせても同様に実現可能である。各回路機能はＭＯＳあるいはバイポーラタイプ等のどちらで構成しても良い。また、前述の加算器１５も図５に示したように、オペアンプを用いれば容易に実現できる。
【００２６】
また、インピーダンス回路には、ＬＣ共振回路を用いても良く、電流のコンデンサへの充放電など発振等をつかさどるための遅延要素、共振要素であれば、本発明の技術に応用使用可能である。さらに、実現できる２つのインピーダンス（時定数）回路が、その時定数に持つ温度変動率に差は存在しても、極性が同方向の場合、例えば図９（ａ）に示すように第１，第２のインピーダンス（時定数）回路１，２をＲＣの直列回路で構成し、充電用バイアス電圧Ｖに温度変動を持たせ、バイアス電圧の温度変動と第１のインピーダンス（時定数）回路１との合成温度変動率と、バイアス電圧の温度変動と第２のインピーダンス（時定数）回路２との合成温度変動率において、変動極性が異なるように設定した第１，第２の時定数（温度変動率）としても良い。
【００２７】
さらに、図９（ｂ）に示すように、第１，第２の時定数を電流源より充電することで遅延を作り出す場合は、２つの時定数は電流源Ｉ１，Ｉ２の温度変動率と合成後の温度変動率の変動方向が逆方向になれば良く、さらに、図９（ｃ）に示すように２つのインピーダンス（時定数）回路から得られる信号を比較器１６，１７で比較して、所定の動作をつかさどる場合、比較器１６，１７に入力される基準値Ｖｒに温度変動を持たせ、基準値Ｖｒの温度変動との合成後の２つの時定数の温度変動が逆方向であれば良い。
【００２８】
また、前述した電流源Ｉ１，Ｉ２は等しいものであっても良く、充電用バイアス電圧Ｖ，基準値Ｖｒは２つに分けても良い。さらに、インピーダンス（時定数）回路についての説明は、後述する本発明の実施形態２〜５に対しても同様である。なお、本実施形態１において、インピーダンス回路を３つ以上備えていても良く、３つ以上の場合も、それぞれの時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良い。
【００２９】
また、インピーダンス回路と能動回路をそれぞれ３つ以上備えていても同様に、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路を構成し、それぞれの発振回路に利用したインピーダンス回路の温度変動率に応じて発振回路の使用頻度を変えれば良い。
【００３０】
図１０は本発明の実施形態２における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態２において、前述の実施形態１の図１に示した構成とは、第１，第２のインピーダンス回路１，２が置かれている環境の温度を検出する温度検出器２１を有する点が異なる。
【００３１】
また、図１０に示すように、発振器を構成するための第１，第２の能動回路３，４と、信号を選択するための切替器５と、切替器５を制御する制御回路８と、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３で構成の第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４で構成の第２の発振回路７を備えている。
【００３２】
第１，第２の発振回路６，７を時系列的に交互に切替器５で選択して使用し、第１，第２のインピーダンス回路１，２において、各々の時定数または共振周波数の持つ第１，第２の温度変動率に応じて、温度変動率の大きい方の発振回路の使用時間を短くし、温度変動率の小さい方の発振回路の使用時間を長くするように動作させる。このため、第１，第２の温度変動率の比と逆の比率で第１，第２の発振回路６，７の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆の２つの時定数のため、発振周波数は、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００３３】
さらに、第１，第２のインピーダンス回路１，２の有する時定数または共振周波数の持つ温度変動率が、温度の変化に対して非線形を示す場合に、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率が一定のとき、温度補償量に過不足が生じる。このため、温度検出器２１からの信号をもとに温度が変化したとき、この温度の変化に応じた、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率を調整する。これにより、第１，第２のインピーダンス回路１，２の時定数または共振周波数の持つ温度変動が温度に対し非線形な場合でも、安定な発振周波数を得ることができる。
【００３４】
温度検出器２１の構成例を図１１に示す。図１１に示すようにＰＮ接合ダイオード２２に電流源２３（抵抗でも良い）からの電流を流す。ＰＮ接合に生じる電位は温度に依存することから、この電圧を例えば比較器２４等により基準電圧Ｖｂと比較し、基準電圧Ｖｂを温度変動の温度に相当する電圧とすることで検出できる。これをもとに使用比率を制御するための信号とすれば良い。また、使用比率は、前述した図４に示すａ，ｂ期間の時間比率を変えれば良く、タイマー等の時間設定などにより可能である。
【００３５】
例えば、図１２に示す温度変動率において、どちらか一方の時定数の温度カーブが途中で変化する場合（図１２に示した点Ｐ）、使用比率が一定では最適な平均化が行えないので、このような場合は、点Ｐ付近の温度を検出し、２つの時定数の使用比率を切り替える。
【００３６】
このように本実施形態２によると、時間平均値として温度変動率が極めて小さい時定数または共振周波数を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、温度安定性の良い時定数または共振周波数を得られる。
【００３７】
なお、本実施形態２において、インピーダンス回路を３つ以上備えても良く、３つ以上の場合も、それぞれの時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良く、この使用頻度を温度検出器の信号をもとに変化させれば良い。
【００３８】
また、第１，第２あるいはそれ以上のインピーダンス回路を総合して、２つ以上の温度変動の変異点（図１２に示すＰ点に相当する点）がある場合は必要な複数の変異点の温度を検出し、インピーダンス回路の温度変動率の変化に応じて使用比率を変更すれば良い。
【００３９】
図１３は本発明の実施形態３における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態３は前述の実施形態１の図１に示した構成における制御回路８に代えて、周波数を計数するカウンタ２５を設けたものである。
【００４０】
そして、第１のインピーダンス回路１と第１の能動回路３から構成した第１の発振回路６と、第２のインピーダンス回路２と第２の能動回路４から構成した第２の発振回路７の出力を時系列的に交互に切替器５で選択して使用する。この切替器５で選択された第１，第２の発振回路６，７のいずれかの信号をカウンタ２５で計数し、このカウンタ２５の計数結果をもとに、切替器５により第１，第２の発振回路６，７の出力信号を選択する。
【００４１】
第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を短く、温度変動率の小さいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、出力の信号の発振周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００４２】
さらに、第１，第２の発振回路６，７からの信号をカウンタ２５で計数し、計数結果をもとに使用する第１，第２の発振回路６，７を選択するように構成にすることで、外部制御を受けることなく、安定な発振周波数を得ることができる。
【００４３】
例えば、第１のインピーダンス回路１の時定数の温度係数が＋２（ｓ／Ｔ）で、第２のインピーダンス回路２の温度係数が−１（ｓ／Ｔ）であったとすると、２つのインピーダンス回路の使用時間比率として、第１のインピーダンス回路１の使用時間を１とすれば、第２のインピーダンス回路２の使用時間を第１のインピーダンス回路１の２倍とし、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率を１：２にすれば良い。具体的には、第１のインピーダンス回路１の使用期間を図４に示すｂ期間の「１ｓ」とし、第２のインピーダンス回路２の使用期間を図４に示すａ期間の「２ｓ」となるように使用すれば、第１，第２のインピーダンス回路１，２を１：２の比率で使用できる。
【００４４】
また、図１４に示すような１／３分周回路を用いる場合を考えると、第１，第２のインピーダンス回路１，２を交互に切り替えた場合の出力信号を用いて、図１５に示すような、デューティ比が２：１の信号ｆを生成し、その信号のデューティ比を用いて切り替えを行い、図１５のｈ期間を第１のインピーダンス回路１の使用期間、ｇ期間を第２のインピーダンス回路２の使用期間となるように制御すれば、第１，第２のインピーダンス回路１，２の使用比率が１：２となり、時定数の平均値は温度が変化しても常にほぼ「０」を保たれる。
【００４５】
このように、本実施形態４によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい発振周波数の発振回路を得ることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、また、外部からの制御がない場合でも、第１，第２の発振回路６，７を切り替える最低限の機能を有することで周波数の温度安定性の良い発振回路をより得やすくなる。
【００４６】
なお、本実施形態４において、インピーダンス回路と能動回路をそれぞれ３つ以上備えても良く、３つ以上の場合も、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路を構成し、それぞれの発振回路に利用したインピーダンス回路の温度変動率に応じて発振回路の使用頻度を変えれば良い。
【００４７】
また、カウンタ２５は計数することで、各発振回路の使用時間を切り替えるが、このカウンタ２５は回路的に制御量を変更できるものでも良く、もしくは、プログラマブルなものであっても良い。さらに、制御比を得るために１／３分周器を用いたが、入力周波数が高い場合は分周器の前段にプリスケーラに相当するものを挿入しても良く、分周比として１：２を生成する場合に、１／３分周器の代わりに、それに近い比率のものを用いても良い。
【００４８】
図１６は本発明の実施形態４における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１６に示すように、本実施形態４は前述の実施形態３の図１３に示した構成におけるカウンタ２５に代えて、時間計測器２６を設けたものである。
【００４９】
この時間計測器２６により、第１，第２の発信回路６，７の出力を切り替えて使用する構成であって、実施形態３と同様に、第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を短く、温度変動率の小さいインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を使用した発振回路の使用時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００５０】
さらに、第１，第２の発振回路６，７からの信号を時間計測器２６からの時間制御により、使用する第１，第２の発振回路６，７のいずれかを選択するように構成にすることにより、外部制御を受けることなく、安定な発振周波数を得ることができる。
【００５１】
図１７は本発明の実施形態５における信号生成回路の概略構成を示すブロック図である。図１７に示すように、第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路１と、第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路２と、発振器を構成するための第１の能動回路３と、第１，第２のインピーダンス回路１，２を交互に機能させて第１の能動回路３との発振回路を形成させるための切替器９を有し、第１の能動回路３は、例えば制御回路（図示せず）から切替器９により第１，第２のインピーダンス回路１，２の接続を切り替えて使用して発振回路１１を構成している。
【００５２】
第１，第２のインピーダンス回路１，２を時系列的に交互に選択して発振する発振回路１１を構成し、第１，第２のインピーダンス回路１，２の各々の温度変動率をもとに、温度変動率の大きい方のインピーダンス回路の選択時間を短くし、温度変動率の小さいインピーダンス回路の選択時間を長くするように機能させる。つまり、各時定数または共振周波数の持つ温度変動率の比と逆の比率に、その温度変動率を持つインピーダンス回路を選択する時間の比率を設定する。これにより、温度変動方向が逆となる２つの温度変動率により、出力信号の発振周波数の時間平均を取ると、平均値として温度変動がほぼ無くなるか、極めて軽減される。
【００５３】
このように実施形態５によると、時間平均値として温度変動が極めて小さい発振周波数の発振回路１１に用いる能動回路を１つにすることでコンパクトにすることが可能となり、特別な温度補償回路を設けることによるシステム規模の増大等がなく、周波数の温度安定性の良い発振回路を得られる。
【００５４】
本実施形態５における第１，第２のインピーダンス回路１，２および切替器９、第１の能動回路３は、前記実施形態１に示した構成要件と同様のものから実現可能である。なお、実施形態５において、インピーダンス回路を３つ以上備えていても良く、３つ以上の場合も、それぞれのインピーダンス回路と能動回路により発振回路が構成できるようにし、それぞれのインピーダンス回路の時定数または共振周波数の持つ温度変動率に応じて各インピーダンス回路の使用頻度を変えれば良い。
【００５５】
図１８は本発明の実施形態６における信号生成回路の概略構成を用いたシステム装置を示すブロック図である。図１８に示すように、前記実施形態１〜５で説明した信号生成回路３０を利用して、システム装置３１内に設け、システムクロック３２からの供給される信号の代役として機能することを目的とする。例えば、システム装置３１のボードが何らかのダウンをして、システムクロック３２の出力が無くなった場合、保護動作や復帰動作などでクロックが必要なブロックあるいは回路機能に対して、クロック信号を供給する。また、システムクロック３２が停止した場合に最低限の自己動作を行うため、クロックが必要なブロックに内蔵することも考えられる。システムクロック３２ほどの精度はないが、システム装置３１において、システムダウンや故障等において行われる診断機能などを簡易的に実現することが必要な場合、専用のクロック回路やボードを設けるなどの規模増大を防ぐことができ、かつ所望する機能を実現するための手段を提供することができる。
【００５６】
本発明の実施形態７における信号生成回路は前述した各実施形態の実現するため半導体集積回路装置として構成したものである。
【００５７】
近年のコンピュータや携帯端末など、電子機器は半導体集積回路が多用されており、前記実施形態１〜５において説明した信号生成回路を搭載して前記実施形態６のシステム装置を実現するために作られた半導体集積回路装置である。
【００５８】
なお、前記実施形態１〜５に説明した信号生成回路で使われる温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有し、抵抗（Ｒ），コイル（Ｌ），コンデンサ（Ｃ）をもとに作られたインピーダンス回路は、例えば図１９（ａ）〜（ｆ）に示すような、Ｒ，Ｌ，Ｃをすべて利用したものでなくても良く、図１９（ｆ）に示すようなインピーダンス（時定数）回路では、上部端子に電圧を加えて充電し、そのときの充電電圧Ｖｏを利用するよう構成した場合、その電圧は最初にダイオードＤｉの電圧Ｖｂｅで立ち上がり、その後コンデンサＣへの充電電圧Ｖｏで上昇する。この電圧Ｖｂｅは温度特性を有するインピーダンス（時定数）回路として利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るインピーダンス回路およびこれを用いた信号生成回路は、基準周波数もしくは遅延要素を得るにあたり、温度変動率を極めて平坦化することができ、半導体集積回路または電気信号処理システムで使用され、基準周波数信号を発生する回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図２】インピーダンス回路の構成例のＲＣ回路を示す図
【図３】発振回路の構成を示す図
【図４】２つのインピーダンス回路の使用期間を示すタイミングチャート
【図５】能動回路をオペアンプで構成した例を示す図
【図６】切替器をＭＯＳスイッチで構成した例を示す図
【図７】切替器を加算器で構成した例を示す図
【図８】ＭＯＳスイッチを応用し発振回路の電源により切り替える構成を示す図
【図９】インピーダンス回路に（ａ）は充電用バイアス電圧の温度変動、（ｂ）は電流源の温度変動、（ｃ）は比較器の基準値の温度変動を合成する構成例を示す図
【図１０】本発明の実施形態２における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１１】温度検出器の構成を示す図
【図１２】温度変動率の変位点を説明する図
【図１３】本発明の実施形態３における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１４】１／３分周器の回路構成を示す図
【図１５】１：２の分周期間を示すタイミングチャート
【図１６】本発明の実施形態４における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施形態５における信号生成回路の概略構成を示すブロック図
【図１８】本発明の実施形態６における信号生成回路の概略構成を用いたシステム装置を示すブロック図
【図１９】インピーダンス回路の（ａ）〜（ｆ）はＲ，Ｌ，Ｃによる構成例を示す図
【符号の説明】
【００６１】
１ 第１のインピーダンス回路
２ 第２のインピーダンス回路
３，３ａ 第１の能動回路
４ 第２の能動回路
５，９ 切替器
６ 第１の発振回路
７ 第２の発振回路
８ 制御回路
１０，２０ インピーダンス回路
１１ 発振回路
１３ オペアンプ
１４ ＭＯＳスイッチ
１５ 加算器
１６，１７，２４ 比較器
２１ 温度検出器
２２ ＰＮ接合ダイオード
２３ 電流源
２５ カウンタ
２６ 時間計測器
３０ 信号生成回路
３１ システム装置
３２ システムクロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、前記第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路とからなり、
前記第１，第２のインピーダンス回路の有する前記第１，第２の温度変動率に応じて、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るようにして、前記第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とするインピーダンス回路。
【請求項２】
前記第１，第２のインピーダンス回路が置かれている環境温度を検出する温度検出器を備え、
前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得る際に、前記第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率の調整量を前記温度検出器の出力に応じて変化させ、前記第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス回路。
【請求項３】
請求項１記載の第１，第２のインピーダンス回路からなるインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、前記第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、前記第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、前記第１，第２の発振回路の使用比率を調整することで前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【請求項４】
請求項２記載の第１，第２のインピーダンス回路と温度検出器を備えたインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、前記第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、前記第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、前記第１，第２の発振回路の使用比率を調整する際に、前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、使用比率の調整量を前記温度検出器の出力に応じて変化させ、前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【請求項５】
前記制御回路に代えて前記第１，第２の発振回路からの出力信号を計数するカウンタ回路を備え、前記カウンタ回路の計数結果に応じて前記切替器を制御することを特徴とする請求項３または４記載の信号生成回路。
【請求項６】
前記カウンタ回路に代えて前記第１，第２の発振回路から信号を出力する時間を計測する時間計測器を備え、前記時間計測器の計測時間により前記切替器を制御することを特徴とする請求項５記載の信号生成回路。
【請求項７】
第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、前記第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路と前記第２のインピーダンス回路を切替器により交互に切り替えて発振する発振回路と、前記第１，第２の温度変動率の大きさに応じて前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【請求項１】
第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、前記第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路とからなり、
前記第１，第２のインピーダンス回路の有する前記第１，第２の温度変動率に応じて、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るようにして、前記第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とするインピーダンス回路。
【請求項２】
前記第１，第２のインピーダンス回路が置かれている環境温度を検出する温度検出器を備え、
前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率に応じて、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得る際に、前記第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率の調整量を前記温度検出器の出力に応じて変化させ、前記第１，第２のインピーダンス回路を切り替えることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス回路。
【請求項３】
請求項１記載の第１，第２のインピーダンス回路からなるインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、前記第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、前記第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、前記第１，第２の発振回路の使用比率を調整することで前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【請求項４】
請求項２記載の第１，第２のインピーダンス回路と温度検出器を備えたインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路を用いて発振する第１の発振回路と、前記第２のインピーダンス回路を用いて発振する第２の発振回路と、前記第１，第２の発振回路を交互に切り替える切替器と、前記第１，第２の発振回路の使用比率を調整する際に、前記第１，第２のインピーダンス回路の有する第１，第２の温度変動率が温度に対し非直線性を有するとき、使用比率の調整量を前記温度検出器の出力に応じて変化させ、前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【請求項５】
前記制御回路に代えて前記第１，第２の発振回路からの出力信号を計数するカウンタ回路を備え、前記カウンタ回路の計数結果に応じて前記切替器を制御することを特徴とする請求項３または４記載の信号生成回路。
【請求項６】
前記カウンタ回路に代えて前記第１，第２の発振回路から信号を出力する時間を計測する時間計測器を備え、前記時間計測器の計測時間により前記切替器を制御することを特徴とする請求項５記載の信号生成回路。
【請求項７】
第１の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第１のインピーダンス回路と、前記第１の温度変動率とは逆の変動方向となる第２の温度変動率を持つ時定数または共振周波数を有する第２のインピーダンス回路と、前記第１のインピーダンス回路と前記第２のインピーダンス回路を切替器により交互に切り替えて発振する発振回路と、前記第１，第２の温度変動率の大きさに応じて前記第１，第２のインピーダンス回路の使用比率を調整することで前記第１，第２の温度変動率から温度変動率を平均値として得るように、前記切替器を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする信号生成回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−２８８０４（Ｐ２００８−２８８０４Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２００４２１（Ｐ２００６−２００４２１）
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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