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公開番号2024077157
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-07
出願番号2022189042
出願日2022-11-28
発明の名称水晶発振回路、及び、半導体集積回路装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H03B 5/32 20060101AFI20240531BHJP(基本電子回路)
要約【課題】晶振動子からの電磁波の輻射を低減することが可能な水晶発振回路及び半導体集積回路装置を提供する。
【解決手段】半導体集積回路装置1Aは、水晶振動子1及び水晶発振回路100を搭載する。水晶振動子1及び水晶発振回路100は、配線L1,L2によって電気的に接続される。水晶発振回路100は、水晶振動子1の両端と接続された入力ノードNi及び出力ノードNoを有する反転増幅回路10を備える。発振監視部20,電流調整部30、及び、コントローラ50を用いて、反転増幅回路10のコンダクタンスは可変に調整される。具体的には、反転増幅回路10のコンダクタンスは、水晶発振回路100の起動時に設けられる起動モードと比較して、起動モードの後に設けられる定常モードでは低い値に設定される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水晶発振回路であって、
水晶振動子の両端と入力ノード及び出力ノードが接続された反転増幅回路と、
前記反転増幅回路のコンダクタンスを可変に調整する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記水晶発振回路の起動時に設けられる起動モードにおいて、前記反転増幅回路のコンダクタンスを第１の値に設定する一方で、前記起動モードの後に設けられる定常モードでは、前記反転増幅回路のコンダクタンスを前記第１の値より低い第２の値に設定する、水晶発振回路。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記制御回路は、前記起動モードと前記定常モードとの間に設けられる調整モードにおいて、前記反転増幅回路のコンダクタンスを前記第１の値から段階的に低下させるとともに、低下後の各段階において前記反転増幅回路の出力信号が発振安定状態であるか否かを判定し、前記発振安定状態が維持される範囲内での前記コンダクタンスの最小値に対応させて前記第２の値を決定する、請求項１記載の水晶発振回路。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記反転増幅回路の前記出力信号の振幅が、前記反転増幅回路の電源電圧よりも一定以上低下したか否かに基づいて、前記発振安定状態であるか否かを判定する発振監視部を含む、請求項２記載の水晶発振回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記定常モードの開始後において、時間経過、又は、前記水晶発振回路の状態の変化に応じて、前記調整モードを更に設けて前記第２の値を更新する、請求項２記載の水晶発振回路。
【請求項５】
前記反転増幅回路は、
前記入力ノード及び前記出力ノードの間に接続されたインバータと、
前記インバータに供給される動作電流を可変制御する電流制御部とを含み、
前記制御回路は、前記電流制御部によって前記動作電流を調整することで前記コンダクタンスを可変に調整する、請求項１～４のいずれか１項に記載の水晶発振回路。
【請求項６】
前記電流制御部が制御可能範囲の最大値で前記動作電流を供給するときに、前記コンダクタンスが前記第１の値に設定され、
前記コンダクタンスが前記第２の値に設定されるとき、前記電流制御部は前記最大値より小さい前記動作電流を供給する、請求項５記載の水晶発振回路。
【請求項７】
前記反転増幅回路は、
前記入力ノード及び前記出力ノードの間に縦続接続された複数のインバータを含む、
前記複数のインバータは、３以上の奇数個設けられ、
前記反転増幅回路は、
前記複数のインバータの少なくとも一部の各々と並列に接続されて、対応のインバータの停止時に当該インバータをバイパスする経路を形成するスルースイッチを更に含み、
前記制御回路は、前記入力ノードの入力信号が前記出力ノードへ伝達されるまでに通過するインバータの段数を変えることで、前記反転増幅回路のコンダクタンスを可変に調整する、請求項１～４のいずれか１項に記載の水晶発振回路。
【請求項８】
前記制御回路は、前記起動モードでは、前記入力ノードの入力信号が第１奇数個のインバータと通過して前記出力ノードへ伝達される一方で、前記定常モードでは、前記入力信号が前記第１奇数個よりも少ない第２奇数個のインバータと通過して前記出力ノードへ伝達される様に、前記複数のインバータの各々の動作及び停止、及び、各スルースイッチのオンオフを制御する、請求項７記載の水晶発振回路。
【請求項９】
前記複数のインバータは、それぞれ異なるコンダクタンスを有し、
前記制御回路は、前記入力ノードの入力信号が前記出力ノードへ伝達されるまでに通過するインバータの段数とコンダクタンスの合計値とを変えることで、反転増幅回路のコンダクタンスを可変に調整する、請求項７記載の水晶発振回路。
【請求項１０】
水晶振動子と、
請求項１～４のいずれか１項に記載の水晶発振回路と、
前記水晶振動子及び前記水晶発振回路を電気的に接続する配線とを備える、半導体集積回路装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水晶発振回路、及び、半導体集積回路装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
通信又は制御の分野では、基準クロックに同期した処理が行われる。代表的には、基準クロックの生成には、高精度な周波数を供給できる水晶発振器が用いられるが、基準クロックを生成する際に発生する高調波が電磁妨害波となって、機器やシステムの動作を妨げ、誤動作又は性能低下等の悪影響の原因となる虞がある。このため、業界ごとに電磁障害（ＥＭＩ： Electromagnetic Interference）規格が定められている。
【０００３】
水晶発振回路でのＥＭＩ対策としては、基板パターンの最短化、ＧＮＤプレーンの配置、及び、電源ラインへのフェライトビーズ挿入等の基板でのハードウェア対策が、一般的である。
【０００４】
一方、特開２００１－２８２３７９号公報（特許文献１）には、簡単な構成で広帯域に信号を拡散されることが可能となるクロック周波数の高調波スペクトラム拡散回路が記載されている。又、下記の非特許文献１には、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」の項に、一般的な水晶発振器の特性式が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００１－２８２３７９号公報
【非特許文献】
【０００６】
Masaya Miyahara et. al, "A 64μs Start-Up 26/40MHz Crystal Oscillator with Negative Resistance Boosting Technique Using Reconfigurable Multi-Stage Amplifier", 2018 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.115－116, High Energy Accelerator Research Organization
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたスペクトラム拡散技術は、ＥＭＩで問題となる水晶発振周波数の高調波成分を分散する。これにより、拡散する周波数幅に比例して電磁妨害波の強度の平均値を下げることができるため、ＥＭＩ規格を満たすための対策として有効である。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、周波数分散によってＥＭＩ規格をクリアすることには有効である一方で、根本的な電磁妨害波の強度のピーク値を下げる対策とはならない。
【０００９】
又、水晶振動子の発振周波数は、水晶振動子の構造と使用する材料の物性値によって決まるため、特許文献１のスペクトラム拡散技術によってピーク値を下げることは難しい。即ち、根本的なＥＭＩ対策のためには、水晶振動子の両端の基板パターンからの電磁波の輻射を抑制する必要がある。
【００１０】
本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、水晶振動子からの電磁波の輻射を低減することが可能な水晶発振回路及び半導体集積回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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