JP2004254078A - Crystal oscillation circuit and bias current setting method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子と発振容量とを含む共振部を、相補型電界効果型トランジスタによって構成した増幅部で励振する水晶発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
水晶発振回路における従来技術として、特に低消費電力駆動に適した水晶発振回路の構成と動作について図6を用いて説明する。図6に示すように、水晶発振回路8は、基準電流源51と共振部10と増幅部20とからなる発振回路30で構成されている。これらは、いずれも電池などを電源として動作する。
【0003】
インバータの入出力間に高抵抗を接続し、共振部と組み合わせた一般的な水晶発振回路は、直流バイアス点が電源電圧の1/2に自動的に決まるため、電源電圧は、インバータを構成するトランジスタの閾値電圧の約2倍程度を必要とし、低電圧で駆動するには限界がある。
【0004】
これに対して、図6に示す水晶発振回路8は、電源電圧に関係なく基準電流源51によって独立に直流バイアス点が決定でき、インバータのもつ閾値電圧近傍で動作させることができて、低電圧駆動に適した構成である。
次に、各々の回路ブロックを詳細に説明する。
【0005】
まず、始めに基準電流源51の構成について説明する。基準電流源51は、基準抵抗42と基準電流発生手段52からなり、基準電流発生手段52は、第1のカラム49と第2のカラム50で構成している。第1のカラム49は、第1のPMOSFET(45)と第1のNMOSFET(46)で構成し、第2のカラム50は、第2のPMOSFET(47)と第2のNMOSFET(48)で構成している。
【0006】
第1のカラム49と第2のカラム50は、第1のPMOSFET(45)と第2のPMOSFET(47)のゲート同士を接続し、第1のNMOSFET(46)と第2のNMOSFET(48)のゲート同士を接続している。第2のPMOSFET47のゲートとドレインを接続し、第1のNMOSFET(46)のゲートとドレインを接続している。
【0007】
第1のPMOSFET(45)のソースは、基準抵抗42と接続点44aで接続し、第2のPMOSFET(47)のソースは基準電位91に接続している。第1のNMOSFET(46)のソースと第2のNMOSFET(48)のソースは、電源電圧93に接続する。これは、一般的に知られたバンドギャップリファレンス型の定電圧回路で、基準抵抗42によって出力端子50aの電圧が定まる。
【0008】
次に、発振回路30について説明する。発振回路30は、共振部10と増幅部20から構成されている。共振部10は、第1の発振容量11と第2の発振容量12と水晶振動子13から構成されている。この共振部10は、例えば時計回路に応用する場合は共振周波数が32.768kHzになるように調整してあり、水晶振動子13の振幅を増幅部20によって増幅し、共振部10に正帰還をかけることによって機械振動の減衰量を補償して発振が継続する。
【0009】
第1の発振容量11は、基準電位91と増幅部20の入力端子23a間に接続され、第2の発振容量12は基準電位91と増幅部20の出力端子23b間に接続されている。水晶振動子13は、増幅部20の入力端子23aと出力端子23b間に接続されている。
【0010】
増幅部20は、入力信号に対して相補的に動作する増幅用PMOSFET(21)と増幅用NMOSFET(22)と第1の高抵抗24と第2の高抵抗25と第1の結合容量26と第2の結合容量27から構成している。
【0011】
第1の高抵抗24と第2の高抵抗25は、発振回路30の交流信号が基準電流源51にフィードバックしないように抵抗の温度係数と製造ばらつきを考慮し、数百MΩの抵抗値とする。
【0012】
第1の結合容量26と第2の結合容量27は、発振回路30で生成する交流成分を増幅用PMOSFET(21)と増幅用NMOSFET(22)のゲートに伝達させるためのもので、ゲート容量との分圧比を考慮し、これらのMOSFETのゲート容量に対して10倍以上の容量値に設定する。例えば、ゲート容量を1pFとすれば、結合容量26、27は10pF程度の設定値とする。
【0013】
第1の結合容量26と第2の結合容量27の一方の端子は、増幅部20の入力端子23aに接続し、第1の結合容量26の他方の端子は、増幅用PMOSFET(21)のゲートに接続し、第2の結合容量27の他方の端子は、増幅用NMOSFET(22)のゲートに接続されている。この第1の結合容量26と第2の結合容量27により、湿度などが原因で入力端子23aに漏れ電流が流れる場合に起こる直流バイアス点の変動を小さくすることができる。
【0014】
第1の高抵抗24は、基準電流源51の出力端子50aと増幅用PMOSFET(21)のゲートとの間に接続し、第2の高抵抗25は、増幅部20の出力端子23bと増幅用NMOSFET(22)のゲートとの間に接続する。これによって、増幅用PMOSFET(21)は、第1の高抵抗24を介して基準電流源51によって定電流バイアスされ、増幅用NMOSFET(22)は、第2の高抵抗25で直流的に電圧負帰還を与えることで、増幅用PMOSFET(21)でバイアスされた結果に応じて自己バイアスされる。
【0015】
次に、図6の水晶発振回路の動作について詳細に説明する。この水晶発振回路の構成では、電源電圧に依存することなく基準電流源51によって増幅部20の直流バイアス点を決定することができる。増幅部20を構成する増幅用PMOSFET(21)を基準電流源51によって、閾値電圧近傍に直流バイアスすると、ドレイン電流が指数関数的に増加する領域で動作する。ここで、基準電位91を0V、電源電圧93を負電圧とする。
【0016】
増幅用PMOSFET(21)の閾値電圧を−0.5V、増幅用NMOSFET(22)の閾値電圧を0.5Vとし、基準電流源51によって増幅用PMOSFET(21)を閾値電圧近傍にバイアスすると、この発振回路30は、電源電圧93が−0.5Vでも動作することが可能である。
【0017】
このように、ゲート電圧が閾値電圧以下である指数関数領域でのMOSFETの増幅率は、バイポーラトランジスタの電流増幅率と同様にドレイン電流に比例して増加する。つまり、バイアス電流が増減することによって発振回路の特性が変わることを意味している。
【0018】
上に説明したような定電流バイアスによる発振回路30に関するものとして下記の特許文献1があり、また基準電流源51に類するものとして特許文献2がある。
【0019】
【特許文献1】
特開昭57−187684号公報 (第6−7頁、第8図A)
【特許文献2】
特開昭53−38249号公報 (第2頁、第6図−第9図)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
従来例で示す発振回路30の増幅部に流れるバイアス電流は、回路計算上は、基準電流源51を構成する第1のPMOSFETのチャネルの幅/長さ(W/L)と増幅部のPMOSFETのW/Lの比、および第1のカラムに流れる電流によって決定される。しかしながら、実際には、プロセスの加工精度によるMOSFET特性のずれや、基準抵抗のプロセス変動に起因する基準電流源51に流れる電流誤差が原因で、必ずしも回路計算通りの電流値にならず、ある範囲でばらつきが生じる。このばらつきが、最終的な製造歩留まりを低下させる原因となる。
【0021】
本発明の目的は、増幅部の直流バイアス点を基準電流源によって設定する水晶発振回路において、プロセス変動に起因する基準電流源の電流変動を調整可能とすることによって、発振回路に流すバイアス電流を適正値に調整し、製造歩留まりを向上させ、安定性に優れた水晶発振回路を提供するものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の水晶発振回路は、以下に述べる構成を採用する。
【0023】
本発明の水晶発振回路は、発振容量と水晶振動子とからなる共振部と、これを励振する増幅部と、基準電流源とを備え、基準電流源が発生する基準電流に応じて前記増幅部を構成するCMOSFETの一方のMOSFETを定電流バイアスするとともに、他方のMOSFETを自己バイアスさせ、発振振幅を増幅部の両MOSFETに交流的に入力し共振部に正帰還して発振を維持する水晶発振回路において、前記基準電流源を、基準抵抗切替手段と基準抵抗選択手段と基準抵抗決定手段と複数の基準抵抗と基準電流発生手段で構成し、使用する基準抵抗を任意に選択することによって、増幅部を構成するCMOSFETの一方のMOSFETに流す電流を調整可能にする。
【0024】
そして、バイアス電流を一定範囲内に抑えるために、シリコンウェハの形態で行う電気的特性の検査時に、増幅部を構成するCMOSFETの一方のMOSFETに流れる電流を測定し、その結果に応じて基準抵抗のどれを使用するかを決定してこれを基準抵抗決定手段に記憶する。そして決定内容に基づいて基準抵抗選択手段から選択信号を出力し、基準抵抗切替手段により基準抵抗の合成を行って、電流値が所定の範囲に入るようにする。
【0025】
その結果、プロセスの加工精度に起因するMOSFET特性のずれや、プロセスにおける基準抵抗のばらつきに起因する基準電流源の電流誤差によるバイアス電流のずれを電気的特性の検査時に調整し、製造歩留まりの向上を実現する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の最適な実施形態における水晶発振回路の構成について説明する。
【0027】
まず、始めに本発明の水晶発振回路の基本構成を、図1に示すブロック図を用いて説明する。水晶発振回路8は、基準抵抗切替手段1、基準抵抗選択手段2、基準抵抗決定手段3、複数の基準抵抗、それに第1のカラム49と第2のカラム50からなる基準電流発生手段52とからなる基準電流源51と、共振部10と増幅部20からなる発振回路30とで構成している。これらは、いずれも電池などを電源として動作する。発振回路30は、従来例と同じ構成なので詳細な説明は省略する。
【0028】
次に、本発明のポイントである基準電流源51の構成について説明する。プロセス変動などに起因するバイアス電流のばらつきは、発振回路30の特性を左右するが、本発明の特徴は、これを一定範囲内に調整するために基準電流源51に複数の基準抵抗を設け、シリコンウェハの形態で行う電気的特性の検査時に、増幅部20に流れるバイアス電流を一度測定し、その電流値が設定範囲外になった時に、複数の基準抵抗の組み合わせを外部信号により変更することによって、回路設計時のバイアス電流値に収束させることができる点にある。これを実現するために、基準電流源51を基準抵抗切替手段1と、基準抵抗選択手段2と、基準抵抗決定手段3と、複数の基準抵抗で構成する。
【0029】
次に、具体的な構成の最も簡単な場合である1ビット切替のものを、第1の実施形態として図2を用いて説明する。発振回路30については前述の通りであり、説明を省略する。図2の基準電流源51では、第1の基準抵抗111と第2の基準抵抗112の2本の基準抵抗を直列に接続し、その2本の基準抵抗の接続点12aに基準抵抗切替手段1のスイッチ素子であるPMOSFET(201)のドレイン電極を接続し、ソース電極を基準電位91に接続する。そしてゲート電極を基準抵抗選択手段2を構成するインバータ202の出力端に接続し、インバータ202の出力に応じてPMOSFET(201)をオンオフさせることによって、第1の基準抵抗111のみを使うか、または第1の基準抵抗111と第2の基準抵抗112の合成抵抗を使うかを選択できる。
【0030】
例えば、第1の基準抵抗111を5MΩ、第2の基準抵抗112を0.5MΩとすると、インバータ202の入力がハイレベルの時、PMOSFET(201)はオンとなり第1の基準抵抗111の5MΩで決まる電流が基準電流発生手段52に流れる。そして、基準電流発生手段52の第2のカラム50に流れる電流と第2のPMOSFET(47)のW/Lと、発振回路30の増幅部20を構成する増幅用PMOSFET(21)のW/Lの比によって決定するバイアス電流が増幅部20に流れる。
【0031】
さらに、インバータ202の入力をローレベルにすると、PMOSFET(201)はオフとなり、抵抗がほぼ無限大となるPMOSFET(201)と第2の基準抵抗112との並列合成抵抗と第1の基準抵抗111との直列合成抵抗で電流値が決定され、それに応じたバイアス電流が発振回路30の増幅部20に流れる。
【0032】
この例では、インバータ202の入力がハイレベルの時は、合成基準抵抗値は5MΩになり、インバータ202の入力がローレベルの時は、合成基準抵抗値が5.5MΩとなる。つまり、インバータ202の入力がハイレベルの時を初期状態とすると、インバータ202の入力をローレベルにすることによって、基準電流源51に流れる電流は−10%変化する。それによって、発振回路30の増幅部20に流れるバイアス電流も−10%変化することになる。
【0033】
このように、インバータ202の入力状態によって、1ビット、つまり2状態のバイアス電流が設定できる。実際に使用する場合には、1ビットの電流値設定では調整幅が狭いので、次に2ビット、つまり4状態の設定ができる例を、第2の実施形態として図3を用いて説明する。
【0034】
図3の第2の実施形態は、基準電流源51に2ビットのバイアス電流調整機能を持たせた構成である。基準電流源51に流れる電流を決定する基準抵抗として、接続点44aから順に第1の基準抵抗111、第2の基準抵抗112、第3の基準抵抗113、第4の基準抵抗114が直列に接続してある。第1の基準抵抗111と第2の基準抵抗112との接続点を34a、第2の基準抵抗112と第3の基準抵抗113との接続点を28a、第3の基準抵抗113と第4の基準抵抗114との接続点を12aとする。また、第4の基準抵抗114の他方は接続点10aとする。
【0035】
これらの接続点10a、12a、28a、34aには、基準抵抗切替手段1を構成するPMOSFET(121)〜(124)の片側の電極が接続されており、他方の電極は基準電位91に接続されている。PMOSFET(121)〜(124)はゲート電極に基準抵抗選択手段2からの出力を受けてオン/オフするスイッチ素子である。すなわち、基準抵抗選択手段2の出力状態によってPMOSFET(121)〜(124)のオン/オフが決定され、どの基準抵抗を使用するかが選択される。
【0036】
次に、図3における基準抵抗選択手段2について説明する。これは、インバータ210とインバータ220と4つの2入力型のNAND回路131〜134で構成されている。4つのNAND回路への入力信号として、インバータ210とインバータ220の入力信号と出力信号から、信号の組み合わせを4種類作って入力する。
【0037】
インバータ210とインバータ220の入力状態とNAND回路の出力状態の組み合わせは、図4に示す表のようになる。表中、1はハイレベル、0はローレベルを示す。このように、基準抵抗選択手段2は入力信号の状態によって異なる出力状態を決めることができ、一般に、このような回路をデコーダ回路と呼ぶ。一つの入力信号に対して、ハイとローの2状態が作られるので、入力端子の数をnとすると、2のn乗の出力状態を作ることができる。入力信号に対してその出力を決めるのはNAND回路であり、2のn乗個必要であることが分かる。
【0038】
前述した図4は、2ビット4段階の基準抵抗切替による状態の一例を示すものである。図3の第1の基準抵抗111、第2の基準抵抗112、第3の基準抵抗113、第4の基準抵抗114は、各々5MΩ、0.5MΩ、0.5MΩ、0.5MΩとする。このように基準抵抗選択手段2の2つの入力信号状態によって、図4に示すように合成基準抵抗値を変更することができる。
【0039】
図4の表には、NAND回路出力状態に基づいて四つの基準抵抗111〜114の接続、非接続を選択することにより定まる合成基準抵抗値とともに、それによって生じるバイアス電流の変化割合を示してある。
【0040】
図3のインバータ210、220の入力が0、0であってNAND回路出力が1、1、1、0となり、第1の基準抵抗111のみが接続されて合成基準抵抗が5MΩとなる状態を初期状態として、その時のバイアス電流が9nAになるように回路を設計する。
【0041】
図4に示す設定では、合成基準抵抗を初期状態の値である5.0MΩから0.5MΩ刻みで6.5MΩまで変化させることができる。
この時のバイアス電流は、接続する基準抵抗の増加に対して同じ割合で減少することになる。つまり、合成基準抵抗が初期状態から+30%の変化をするので、バイアス電流も初期状態から−30%まで変化させることができる。
【0042】
基準抵抗選択手段2の端子数を増加させれば、調整幅が広く取れる、または分解能をあげることができるなどの利点が発生する。このようにこの端子数は、使用する目的に応じて自由に設定できるものである。
【0043】
一度、設定した基準抵抗値は、何らかの方法で固定的に記憶させなければならないが、例えば、一般的にLSI製造で用いられるポリシリコンもしくはアルミニウムなどの配線材料でヒューズを作製し、レーザーで配線を断線させる、過電流を流して配線を焼き切るなどの方法や、ワンタイムROM(以下、OTROMと記す)のように電気的に一度だけROMにデータを書き込むことのできるメモリなどを利用することができる。
【0044】
次に、本発明における基準抵抗の設定方法について、具体的に説明する。通常、LSI製造終了後は、ICテスタと呼ばれる検査機を用いて、ウェハ状態で電気的な特性の検査が行われる。この検査によって、ウェハ上に作られた個々のICチップが良品と不良品に選別される。前述したように、本発明に用いる水晶発振回路は、バイアス電流によってその特性が大きく左右され、このバイアス電流が製造ばらつきなどで規格設定値からはずれたものが不良品と判定されることになる。
【0045】
図5のグラフは、ウェハに作成された本発明の水晶発振回路を含むLSIについて、実際にバイアス電流をテスタで測定した時の測定値分布を表したものである。測定総数は1000個で、横軸はバイアス電流、縦軸はそのバイアス電流範囲にあった個数を示す。この時のバイアス電流の設計値は9nAである。
【0046】
図5に見るように、測定値は、7nA〜15nAと幅広くばらついている。仮に、検査規格値を8nA〜10nAとすると、その範囲外の値のものはすべて不良品となってしまう。図5の場合では、25%の不良率が発生することになる。
【0047】
本例のように検査規格値を8nA〜10nAまでとした場合、本発明を用いて基準抵抗の切替によるバイアス電流補正を行うことによって、8nA〜12.7nAまでのLSIチップを良品として検査を通過させることができるのである。この場合の不良率は、バイアス電流補正前の25%から7%まで減少する。
【0048】
実際のバイアス電流補正は、初期値となるバイアス電流を測定し、検査規格内にその値が収まるように、どの程度の補正を加えるかを判定し、その判定に応じて基準抵抗選択手段2の入力状態を決定する。
【0049】
基準抵抗決定手段3はその状態を保持するものであって、前述したようにOTROMなどを用いて構成する。LSIの検査は、チップごとに行われるため、チップごとに上記の作業を繰り返し実施する。
【0050】
このようにバイアス電流の初期値を測定し、設計値との差を同じ検査機で補正することによって、以前は、不良品としていたチップを良品として生かすことができる。その結果、製造歩留まりが増加し、チップ単価も低くすることができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水晶発振回路では、基準抵抗値を任意に設定することによって、水晶発振回路のバイアス電流が設計値の範囲に入る割合を増すことができ、その結果、高い製造歩留まりを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水晶発振回路の基本構成を示す回路図である。
【図2】本発明の水晶発振回路の第1の実施形態を示す回路図である。
【図3】本発明の水晶発振回路の第2の実施形態を示す回路図である。
【図4】本発明の基準電流源の端子入力状態と合成基準抵抗値およびバイアス電流値の変化割合についてまとめた表である。
【図5】従来技術における水晶発振回路の検査結果の一例を示すグラフである。
【図6】従来の水晶発振回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 基準抵抗切替手段
2 基準抵抗選択手段
3 基準抵抗決定手段
10 共振部
20 増幅部
30 発振回路
42 基準抵抗
51 基準電流源
52 基準電流発生手段
91 基準電位
93 電源電圧
111 第1の基準抵抗
112 第2の基準抵抗
113 第3の基準抵抗
114 第4の基準抵抗[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal oscillation circuit in which a resonance unit including a crystal unit and an oscillation capacitor is excited by an amplification unit configured by complementary field-effect transistors.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique in a crystal oscillation circuit, the configuration and operation of a crystal oscillation circuit particularly suitable for driving with low power consumption will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the
[0003]
In a general crystal oscillation circuit in which a high resistance is connected between the input and output of the inverter and combined with a resonance unit, the DC bias point is automatically determined to be の of the power supply voltage. It requires about twice the threshold voltage of the transistor, and there is a limit to driving at a low voltage.
[0004]
On the other hand, the
Next, each circuit block will be described in detail.
[0005]
First, the configuration of the reference
[0006]
The
[0007]
The source of the first PMOSFET (45) is connected to the reference resistor 42 at the connection point 44a, and the source of the second PMOSFET (47) is connected to the
[0008]
Next, the
[0009]
The
[0010]
The amplifying
[0011]
The first
[0012]
The
[0013]
One terminal of the
[0014]
The first
[0015]
Next, the operation of the crystal oscillation circuit of FIG. 6 will be described in detail. With this configuration of the crystal oscillation circuit, the DC bias point of the
[0016]
When the threshold voltage of the amplifying PMOSFET (21) is set to -0.5V and the threshold voltage of the amplifying NMOSFET (22) is set to 0.5V, and the
[0017]
As described above, the amplification factor of the MOSFET in the exponential function region where the gate voltage is equal to or lower than the threshold voltage increases in proportion to the drain current similarly to the current amplification factor of the bipolar transistor. In other words, this means that the characteristics of the oscillation circuit change as the bias current increases or decreases.
[0018]
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-57-187684 (page 6-7, FIG. 8A)
[Patent Document 2]
JP-A-53-38249 (
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In the circuit calculation, the bias current flowing through the amplification section of the
[0021]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a crystal oscillation circuit in which a DC bias point of an amplification unit is set by a reference current source. An object of the present invention is to provide a crystal oscillation circuit which is adjusted to an appropriate value, improves the production yield, and has excellent stability.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the crystal oscillation circuit of the present invention employs the following configuration.
[0023]
A crystal oscillation circuit according to the present invention includes a resonance unit including an oscillation capacitor and a crystal resonator, an amplification unit that excites the resonance unit, and a reference current source, and the amplification unit according to a reference current generated by the reference current source. A constant current bias is applied to one of the MOSFETs constituting the CMOSFET, and the other MOSFET is self-biased, and the oscillation amplitude is input to both MOSFETs of the amplifying unit in an AC manner, and the oscillation is maintained by positive feedback to the resonance unit. In the circuit, the reference current source is constituted by a reference resistance switching means, a reference resistance selection means, a reference resistance determination means, a plurality of reference resistances, and a reference current generation means. The current flowing through one of the CMOSFETs constituting the unit can be adjusted.
[0024]
In order to suppress the bias current within a certain range, the current flowing through one of the MOSFETs constituting the amplifying unit is measured during the inspection of the electrical characteristics in the form of a silicon wafer, and the reference resistance is determined in accordance with the result. Is determined and stored in the reference resistance determining means. Then, a selection signal is output from the reference resistance selection means based on the determined content, and the reference resistance switching means combines the reference resistances so that the current value falls within a predetermined range.
[0025]
As a result, the deviation of MOSFET characteristics due to the processing accuracy of the process and the deviation of the bias current due to the current error of the reference current source due to the variation of the reference resistance during the process are adjusted during the inspection of the electric characteristics, thereby improving the production yield. To achieve.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the crystal oscillation circuit according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
First, the basic configuration of the crystal oscillation circuit of the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The
[0028]
Next, the configuration of the reference
[0029]
Next, a simplest case of a 1-bit switching, which is the simplest case of a specific configuration, will be described with reference to FIG. 2 as a first embodiment. The
[0030]
For example, assuming that the first reference resistor 111 is 5 MΩ and the
[0031]
Further, when the input of the inverter 202 is set to a low level, the PMOSFET (201) is turned off, and the resistance obtained by the parallel combination of the PMOSFET (201) and the
[0032]
In this example, when the input of the inverter 202 is at a high level, the combined reference resistance value is 5 MΩ, and when the input of the inverter 202 is at a low level, the combined reference resistance value is 5.5 MΩ. That is, when the initial state is when the input of the inverter 202 is at the high level, the current flowing to the reference
[0033]
As described above, one bit, that is, a two-state bias current can be set according to the input state of the inverter 202. In the case of actual use, since the adjustment range is narrow in setting the current value of one bit, an example in which two bits, that is, four states, can be set will be described as a second embodiment with reference to FIG.
[0034]
The second embodiment of FIG. 3 has a configuration in which the reference
[0035]
One of the electrodes of the PMOSFETs (121) to (124) constituting the reference resistance switching means 1 is connected to these connection points 10a, 12a, 28a and 34a, and the other electrode is connected to the
[0036]
Next, the reference
[0037]
The combinations of the input states of the
[0038]
FIG. 4 described above shows an example of a state in which the reference resistance is switched in two bits and four stages. The first reference resistor 111, the
[0039]
The table of FIG. 4 shows a combined reference resistance value determined by selecting connection or non-connection of the four reference resistances 111 to 114 based on the output state of the NAND circuit, and the rate of change of the bias current caused thereby. .
[0040]
Initially, the state where the inputs of the
[0041]
In the setting shown in FIG. 4, the combined reference resistance can be changed from the initial state value of 5.0 MΩ to 6.5 MΩ in 0.5 MΩ steps.
The bias current at this time decreases at the same rate with respect to the increase in the connected reference resistance. That is, since the combined reference resistance changes by + 30% from the initial state, the bias current can also be changed by -30% from the initial state.
[0042]
If the number of terminals of the reference
[0043]
Once the set reference resistance value must be fixedly stored in some way, for example, a fuse is made of a wiring material such as polysilicon or aluminum which is generally used in LSI manufacturing, and the wiring is formed by laser. It is possible to use a method of disconnecting the wire, burning off the wiring by flowing an overcurrent, or a memory such as a one-time ROM (hereinafter referred to as an OTROM) that can electrically write data to the ROM only once. .
[0044]
Next, a method of setting the reference resistance according to the present invention will be specifically described. Normally, after the end of the LSI manufacturing, electrical characteristics are inspected in a wafer state using an inspection machine called an IC tester. By this inspection, individual IC chips formed on the wafer are sorted into non-defective products and defective products. As described above, the characteristics of the crystal oscillation circuit used in the present invention are greatly affected by the bias current, and those whose bias current deviates from the standard set value due to manufacturing variations are determined to be defective.
[0045]
The graph of FIG. 5 shows a measured value distribution when a bias current is actually measured by a tester for an LSI including a crystal oscillation circuit of the present invention formed on a wafer. The total number of measurements is 1000, the horizontal axis indicates the bias current, and the vertical axis indicates the number within the bias current range. The design value of the bias current at this time is 9 nA.
[0046]
As seen in FIG. 5, the measured values vary widely from 7 nA to 15 nA. Assuming that the inspection standard value is 8 nA to 10 nA, all the values outside the range are defective. In the case of FIG. 5, a defect rate of 25% occurs.
[0047]
When the inspection standard value is 8 nA to 10 nA as in this example, the bias current correction is performed by switching the reference resistance by using the present invention, and the LSI chip of 8 nA to 12.7 nA passes the inspection as a non-defective product. It can be done. The defect rate in this case decreases from 25% before the bias current correction to 7%.
[0048]
The actual bias current correction is performed by measuring a bias current that is an initial value, determining how much correction is to be performed so that the value falls within the inspection standard, and determining the amount of correction to be performed by the reference
[0049]
The reference
[0050]
Thus, by measuring the initial value of the bias current and correcting the difference from the design value by the same inspection machine, a chip that was previously defective can be used as a good chip. As a result, the manufacturing yield increases, and the chip unit cost can be reduced.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the crystal oscillation circuit of the present invention, by arbitrarily setting the reference resistance value, it is possible to increase the rate at which the bias current of the crystal oscillation circuit falls within the range of the design value. The yield can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a crystal oscillation circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the crystal oscillation circuit of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a crystal oscillation circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a table summarizing a terminal input state of the reference current source of the present invention and a change ratio of a combined reference resistance value and a bias current value.
FIG. 5 is a graph showing an example of a test result of a crystal oscillation circuit according to the related art.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional crystal oscillation circuit.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記基準電流源は、基準電流発生手段と、複数の基準抵抗と、基準抵抗の接続操作を行う基準抵抗切替手段と、使用する基準抵抗を選択する基準抵抗選択手段と、基準抵抗の選択内容を記憶する基準抵抗決定手段とからなり、基準抵抗を任意に選択することによって、増幅部を構成するCMOSFETの一方のMOSFETに流す電流を調整可能にしたことを特徴とする水晶発振回路。A resonating unit including an oscillation capacitor and a crystal oscillator, an amplifying unit for exciting the resonating unit, and a reference current source, and one of the CMOSFETs constituting the amplifying unit according to a reference current generated by the reference current source A constant current bias, and the other MOSFET is self-biased, and the oscillation amplitude is AC-input to both MOSFETs to maintain oscillation,
The reference current source includes a reference current generating unit, a plurality of reference resistors, a reference resistor switching unit that performs a connection operation of the reference resistors, a reference resistor selection unit that selects a reference resistor to be used, and a selection content of the reference resistor. A crystal oscillation circuit comprising a reference resistance determining means for storing, wherein a current flowing through one of the CMOSFETs constituting the amplification section can be adjusted by arbitrarily selecting a reference resistance.
基準抵抗は直列に接続した複数の抵抗からなることを特徴とする水晶発振回路。2. The crystal oscillation circuit according to claim 1,
A crystal oscillation circuit characterized in that the reference resistor comprises a plurality of resistors connected in series.
基準抵抗切替手段は一つ以上のスイッチ素子を有することを特徴とする水晶発振回路。2. The crystal oscillation circuit according to claim 1,
A crystal oscillation circuit, wherein the reference resistance switching means has one or more switch elements.
基準抵抗選択手段はデコーダ回路であることを特徴とする水晶発振回路。2. The crystal oscillation circuit according to claim 1,
A crystal oscillation circuit, wherein the reference resistance selecting means is a decoder circuit.
シリコンウェハの形態で行う電気的特性の検査時に、前記増幅部を構成するCMOSFETの一方のMOSFETに流れる電流を測定し、その結果に応じて使用する基準抵抗を選択して合成基準抵抗値を決定することにより、前記の電流を所定の範囲に収めることを特徴とする水晶発振回路のバイアス電流設定方法。2. A method for setting a bias current of a crystal oscillation circuit according to claim 1, wherein
When inspecting electrical characteristics in the form of a silicon wafer, a current flowing through one of the CMOSFETs constituting the amplifying section is measured, and a reference resistance to be used is selected according to the result to determine a combined reference resistance value. A bias current setting method for the crystal oscillation circuit, wherein the current is kept within a predetermined range.
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