專利名稱：振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備了電流反射鏡-電流限制電路的環(huán)形振蕩器(ringoscillator)型的振蕩電路。
背景技術(shù)：
以往，環(huán)形振蕩器被用作各種半導(dǎo)體集成電路的振蕩電路。在DRAM等存儲(chǔ)器中被用作自更新(self refresh)用的振蕩電路的情況下，需要得到低頻率的振蕩時(shí)鐘信號(hào)。因此，通過由電流反射鏡-電流限制電路抑制環(huán)形振蕩器的電流，從而實(shí)現(xiàn)了低頻率的振蕩。
圖3是表示設(shè)置了本發(fā)明人研究的電流反射鏡-電流限制電路的環(huán)形振蕩器型的振蕩電路的電路圖。該振蕩電路與CMOS逆變器INV1、INV2、INV3、INV4、INV5縱向連接，最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出反饋到初級(jí)的CMOS逆變器INV1的輸出中，從而構(gòu)成環(huán)形振蕩器。
電流反射鏡-電流限制電路10備有P溝道型MOS晶體管PM1、由串聯(lián)連接且在每個(gè)柵極上施加了電源電位Vdd的多個(gè)N溝道型MOS晶體管構(gòu)成的電阻電路20、N溝道型MOS晶體管NM1。P溝道型MOS晶體管PM1的漏極和柵極相互連接，并在源極上施加電源電位Vdd，漏極與電阻電路20連接。另外，N溝道型MOS晶體管NM1的漏極和柵極相互連接，并在源極上施加接地電位GND，漏極與電阻電路20連接。流經(jīng)P溝道型MOS晶體管PM1和N溝道型MOS晶體管NM1的電流由電阻電路20的電阻值來調(diào)整。電阻電路20的電阻值能根據(jù)N溝道型MOS晶體管的縱向級(jí)數(shù)來進(jìn)行調(diào)整。
并且，P溝道型MOS晶體管PM1的柵極與設(shè)置在各個(gè)CMOS逆變器的電源電位Vdd一側(cè)的P溝道型MOS晶體管PM2、PM3、PM4、PM5、PM6的柵極連接。由此，P溝道型MOS晶體管PM1和P溝道型MOS晶體管PM2、PM3、PM4、PM5、PM6分別構(gòu)成電流反射鏡，并且通過使與流經(jīng)P溝道型MOS晶體管PM1的電流相等的電流流經(jīng)P溝道型MOS晶體管PM2、PM3、PM4、PM5、PM6，從而進(jìn)行電流限制。
另外，N溝道型MOS晶體管NM1的柵極與設(shè)置在各個(gè)CMOS逆變器的接地電位Vss一側(cè)的N溝道型MOS晶體管NM2、NM3、NM4、NM5、NM6的柵極連接。由此，N溝道型MOS晶體管NM1和N溝道型MOS晶體管NM2、NM3、NM4、NM5、NM6分別構(gòu)成電流反射鏡，并且通過使與流經(jīng)N溝道型MOS晶體管NM1的電流相等的電流流經(jīng)N溝道型MOS晶體管NM2、NM3、NM4、NM5、NM6，來進(jìn)行電流限制。
此外，環(huán)形振蕩器的最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出被分別施加在輸出級(jí)的CMOS逆變器INV6的P溝道型MOS晶體管PM7和N溝道型MOS晶體管NM7的柵極上，前兩級(jí)的CMOS逆變器INV3的輸出分別被施加在該MOS逆變器INV6的P溝道型MOS晶體管PM8和N溝道型MOS晶體管NM8的柵極上。
這樣，利用CMOS逆變器INV3的輸出，通過使P溝道型MOS晶體管PM8和N溝道型MOS晶體管NM8比P溝道型MOS晶體管PM7和N溝道型MOS晶體管NM7還早地轉(zhuǎn)換，從而消除了CMOS逆變器INV6的貫通電流，并對(duì)振蕩波形進(jìn)行整形。并且，CMOS逆變器INV6的輸出還被施加在CMOS逆變器INV7的輸出上。進(jìn)而，可以從該CMOS逆變器INV7的輸出中得到振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK。
另外，設(shè)置在初級(jí)CMOS逆變器INV1的輸出中的P溝道型MOS晶體管PM9、插入到CMOS逆變器INV1的電流路徑中的N溝道型MOS晶體管NM9是由復(fù)位信號(hào)SRE控制的復(fù)位用晶體管。
圖4是表示由于電路模擬而產(chǎn)生的上述振蕩電路的振蕩波形的圖。圖4的(a)表示作為CMOS逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5的波形，(b)表示作為最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出的節(jié)點(diǎn)N7的波形，(c)表示作為CMOS逆變器INV7的輸出的振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK的波形。另外，在圖4的(a)的波形圖中，示出了作為P溝道型MOS晶體管PM2、PM3、PM4、PM5、PM6的柵極的節(jié)點(diǎn)N1的電位、作為N溝道型MOS晶體管NM2、NM3、NM4、NM5、NM6的柵極的節(jié)點(diǎn)N2的電位。
具備了電流反射鏡-電流限制電路的振蕩電流例如在以下的專利文獻(xiàn)1中有所記載。
專利文獻(xiàn)1特開平8-186474根據(jù)圖3的振蕩電路，通過由電流反射鏡-電流限制電路將節(jié)點(diǎn)N1和節(jié)點(diǎn)N2的電位控制為恒定，從而適當(dāng)?shù)叵拗屏肆鹘?jīng)環(huán)形振蕩器CMOS逆變器INV1～I(xiàn)NV5的電流。但是，由于工藝參數(shù)等的變動(dòng)或圖案布局的影響，節(jié)點(diǎn)N1、節(jié)點(diǎn)N2的電位平衡可能會(huì)被打破。于是，施加了節(jié)點(diǎn)N1的電位的P溝道型MOS晶體管PM2～PM6和施加了節(jié)點(diǎn)N2的電位的溝道型MOS晶體管NM2～NM6的驅(qū)動(dòng)能力比發(fā)生了變動(dòng)。
于是，產(chǎn)生了構(gòu)成環(huán)形振蕩器的CMOS逆變器INV1～I(xiàn)NV5的輸出沒有完全變成低電平或者高電平的狀態(tài)，并且每次重復(fù)振蕩周期，該狀態(tài)都會(huì)惡化，最終，某個(gè)CMOS逆變器的輸出沒有超過下一級(jí)的CMOS逆變器的閾值，導(dǎo)致環(huán)形振蕩器的異常振動(dòng)或者停止振動(dòng)。
圖5是表示該振動(dòng)不正常的波形圖。圖5的(a)表示作為CMOS逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5的波形，(b)表示作為最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出的節(jié)點(diǎn)N7的波形，(c)表示作為CMOS逆變器INV7的輸出的振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK的波形。如果節(jié)點(diǎn)N1的電位稍有上升，則P溝道型MOS晶體管PM2～PM6的阻抗增加，與N溝道型MOS晶體管NM2～NM6相比，驅(qū)動(dòng)能力下降。于是，如圖5(a)所示，作為逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5的高電平不能上升到電源電位Vdd。如圖5(b)所示，作為逆變器INV5的輸出的節(jié)點(diǎn)N7的高電平也相同。這樣，如圖5(c)所示，振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK停止。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的振蕩電路鑒于上述課題，其特征在于，具備環(huán)形振蕩器，其縱向連接奇數(shù)級(jí)的逆變器，并將最終級(jí)的逆變器的輸出反饋到初級(jí)的逆變器的輸出中而成；電流反射鏡-電流限制電路，其用于限制流經(jīng)所述多個(gè)逆變器的電流；和輔助晶體管，其通過上述最終級(jí)的逆變器，根據(jù)偶數(shù)級(jí)前的逆變器的輸出，用來輔助該最終級(jí)的逆變器的輸出最大振蕩(fullswing)到電源電位或者接地電位。
根據(jù)本發(fā)明，在具備了電流反射鏡-電流限制電路的環(huán)形振蕩器型的振蕩電路中，即使在由于工藝參數(shù)等的變動(dòng)或圖案布局而打破了電流反射鏡的平衡的情況下，也可以防止環(huán)形振蕩器的異常振蕩或振蕩停止。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的振蕩電路的電路圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的振蕩電路的電路模擬而產(chǎn)生的波形圖。
圖3是背景技術(shù)的振蕩電路的電路圖。
圖4是背景技術(shù)的振蕩電路的電路模擬而產(chǎn)生的波形圖。
圖5是背景技術(shù)的振蕩電路的電路模擬而產(chǎn)生的其他波形圖。
圖中10-電流反射鏡-電流限制電路，20-電阻電路，INV1、INV2、INV3、INV4、INV5-CMOS逆變器，T1-第一輔助晶體管，T2-第二輔助晶體管。
具體實(shí)施例方式
接下來，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的振蕩電路進(jìn)行說明。圖1是該振蕩電路的電路圖。該振蕩電路備有輔助晶體管T1，其通過最終級(jí)的CMOS逆變器INV5，根據(jù)2級(jí)前的CMOS逆變器INV3的輸出，用來輔助該最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出最大振蕩到電源電位Vdd；和輔助晶體管T2，其用來輔助最大振蕩到接地電位Vss。其他電路結(jié)構(gòu)與圖3的電路相同。
第一輔助晶體管T1由P溝道型MOS晶體管構(gòu)成，在其源極上施加電源電位Vdd，并在其柵極上施加CMOS逆變器INV3的輸出，其漏極與施加了前級(jí)CMOS逆變器INV4的輸出的P溝道型MOS晶體管PM10的源極連接。P溝道型MOS晶體管PM10的源極與構(gòu)成電流反射鏡的P溝道型MOS晶體管PM6的漏極連接。
另外，第二輔助晶體管T2由N溝道型MOS晶體管構(gòu)成，在其源極上施加接地電位Vss，并在其柵極上施加CMOS逆變器INV3的輸出，其漏極與施加了前級(jí)CMOS逆變器INV4的輸出的N溝道型MOS晶體管NM10的源極連接。N溝道型MOS晶體管NM10的源極與構(gòu)成電流反射鏡的N溝道型MOS晶體管NM6的漏極連接。
接下來，對(duì)該振蕩電路的動(dòng)作進(jìn)行說明。在電流反射鏡-電流限制電路10正常運(yùn)作時(shí)，節(jié)點(diǎn)N1的電位和節(jié)點(diǎn)N2的電位保持平衡，環(huán)形振蕩器正常振蕩。此時(shí)，因?yàn)樽鳛镃MOS逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5在電源電位Vdd和接地電位Vss之間最大振蕩，所以第一和第二輔助晶體管T1、T2不會(huì)對(duì)環(huán)形振蕩器的運(yùn)作特別有影響。
另一方面，參照?qǐng)D2的模擬波形圖，對(duì)由于工藝參數(shù)等的變動(dòng)或圖案布局的影響而使節(jié)點(diǎn)N1稍微上升了的情況下的動(dòng)作進(jìn)行說明。在這種情況下，P溝道型MOS晶體管PM2～PM6的阻抗增加，與N溝道型MOS晶體管NM2～NM6相比，驅(qū)動(dòng)能力下降。這樣，如圖2(a)的波形所示，作為逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5的高電平?jīng)]有上升到電源電位Vdd。
但是，根據(jù)該振蕩電路，接收節(jié)點(diǎn)N5的沒有充分上升的高電平后，通過接通第一輔助晶體管T1，從而在低阻抗下提供向CMOS逆變器INV5的P溝道型MOS晶體管PM10的電源電位Vdd。因此，如圖2(b)的波形所示，作為該CMOS逆變器INV5輸出的節(jié)點(diǎn)N7在電源電位Vdd和Vss之間變?yōu)樽畲笳袷?。因此，如圖2(c)所示，可以從CMOS逆變器INV7中得到正常的振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK。
另一方面，在由于工藝參數(shù)或圖案布局的影響而使節(jié)點(diǎn)N2稍微下降的情況下，相反，N溝道型MOS晶體管NM2～NM6的阻抗增加，與P溝道型MOS晶體管PM2～PM6相比，驅(qū)動(dòng)能力下降。于是，作為逆變器INV3的輸出的節(jié)點(diǎn)N5的低電平?jīng)]有下降到接地電位Vss。
但是，根據(jù)該振蕩電路，接收節(jié)點(diǎn)N5的沒有完全下降的低電平后，通過接通第二輔助晶體管T2，從在低阻抗下提供向CMOS逆變器INV5的N溝道型MOS晶體管NM10的接地電位Vss。因此，作為該CMOS逆變器INV5的輸出的節(jié)點(diǎn)N7在電源電位Vdd和接地電位Vss之間變?yōu)樽畲笳袷帯Ｒ虼?，在這種情況下，也可以從CMOS逆變器INV7中得到正常的振蕩時(shí)鐘信號(hào)RCLK。
另外，根據(jù)該實(shí)施方式，雖然構(gòu)成環(huán)形振蕩器的CMOS逆變器是5級(jí)，但是并不限于此，也可以是3級(jí)以上的奇數(shù)級(jí)。此外，根據(jù)本實(shí)施方式，雖然在第一輔助晶體管T1的柵極上施加了最終級(jí)CMOS逆變器INV5的前兩級(jí)的CMOS逆變器INV3的輸出，一般也可以根據(jù)CMOS逆變器的級(jí)數(shù)，施加最終級(jí)CMOS逆變器INV5的偶數(shù)級(jí)(2級(jí)，4級(jí)，......)之前的CMOS逆變器的輸出。
權(quán)利要求
1.一種振蕩電路，其特征在于，具備環(huán)形振蕩器，其縱向連接奇數(shù)級(jí)的逆變器，并將最終級(jí)的逆變器的輸出反饋到初級(jí)的逆變器的輸出中而成；電流反射鏡-電流限制電路，其用于限制流經(jīng)所述多個(gè)逆變器的電流；和輔助晶體管，其通過所述最終級(jí)的逆變器，根據(jù)偶數(shù)級(jí)前的逆變器的輸出，用來輔助該最終級(jí)的逆變器的輸出最大振蕩到電源電位或者接地電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其特征在于，所述輔助晶體管由第一P溝道型MOS晶體管構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振蕩電路，其特征在于，在所述輔助晶體管的柵極上，通過所述最終級(jí)的逆變器施加偶數(shù)級(jí)前的逆變器的輸出，在其源極上施加電源電位，并且其漏極與施加了所述最終級(jí)的逆變器的前級(jí)逆變器的輸出的第二P溝道型MOS晶體管的源極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其特征在于，所述輔助晶體管由第一N溝道型MOS晶體管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振蕩電路，其特征在于，在所述輔助晶體管的柵極上，通過所述最終級(jí)的逆變器施加偶數(shù)級(jí)前的逆變器的輸出，在其源極上施加接地電位，并且其漏極與施加了所述最終級(jí)的逆變器的前級(jí)逆變器的輸出的第二N溝道型MOS晶體管的源極連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具備了電流反射鏡—電流限制電路的環(huán)形振蕩器型的振蕩電路，防止環(huán)形振蕩器的異常振蕩或振蕩停止。其中設(shè)置了CMOS逆變器INV1～I(xiàn)NV5縱向連接，并將最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出反饋到最初的CMOS逆變器INV1的輸出中而成的環(huán)形振蕩器。另外，設(shè)置用于限制流經(jīng)CMOS逆變器INV1～I(xiàn)NV5的電流的電流反射鏡－電流限制電路(10)。并且設(shè)置輔助晶體管T1，其通過最終級(jí)的CMOS逆變器INV5，根據(jù)2級(jí)前的CMOS逆變器INV3的輸出，用來輔助該最終級(jí)的CMOS逆變器INV5的輸出最大振蕩到電源電位Vdd；和輔助晶體管T2，其用來輔助最大振蕩到接地電位Vss。
文檔編號(hào)H03K3/03GK1622457SQ20041009552
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者后藤賢介 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社