JPH0479512A - クロック発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクロック発生回路に関し、特に半導体集積回路
において、水晶やセラミック等の振動子を必要としない
クロック発生回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、かかるクロック発生回路は、発振回路に水晶振動
子を用いた回路が一般的に知られている。

第４図はかかる従来の一例を示すクロック発生回路のブ
ロック図である。

第４図に示すように、従来のクロック発生回路は、水晶
やセラミック等の振動子を外部に接続する構成であり、
発振回路１Ａに分周口ｉｉ’８２を接続し、さらに出力
端子３を設けた構成である。

すなわち、発振回路ＩＡを構成するＣＭＯＳインバータ
１３の入力端子ＸＧと出力端子ＸＯに水晶振動子コ２の
両端を接続し且つ水晶振動子１２およびインバータ１３
に並列に抵抗１４を接続する。また、入力端子Ｘｏ及び
出力端子ＸＤはそれぞれ容量Ｃｏ及びＣ８の一端がそれ
ぞれ接続され、またこれら容量の他端は接地される。

かかるクロック発生回路に接続される発振回路ＩＡにお
いて、水晶振動子１２以外は全て同一の半導体基板上に
集積されている。従って、この発振回路ＩＡは、水晶振
動子１２の共振周波数にしたがった出力を得ることかで
“きる。

〔発明か解決しようとする課題〕

上述した従来のクロック発生回路は、水晶あるいはセラ
ミック等の振動子を備えた発振回路を外付けにして高精
度なタロツクを得るようにしている。従って、入出力端
子２本が必要であり、集積回路の使用時には、前記振動
子を外付にするため、基板実装面積が大きくなるという
欠点がある。また、従来のクロック発生回路は、外付け
にする水晶振動子が熱ストレスに弱いため、赤外線リフ
ロー等の方法で、集積回路と同時に実装することはでき
ず、振動子の半田付工程が別に必要になるので、製造工
程か複雑になるという欠点がある。

本発明の目的は、かかる基板実装面積を小さくするとと
もに、製造工程も簡略化できる高精度のクロック発生回
路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のクロック発生回路は、半導体基板−Ｆに集積さ
れ且つ出力されるクロックの数十倍から数百倍の周波数
で発振するＣＲ発振回路あるいはリング・オシレータ等
の精度の粗い発振回路に一定電圧を供給する定電圧発生
回路と、前記発振回路の出力を分周する分周比可変の第
一の分周回路と、前記第一の分周回路の分周比を変更す
る制御回路と、前記制御回路の分周比制御データを記憶
する第一の不揮発性メモリと、温度補償データを記憶し
測温回路からの指定により読み出される第二の不揮発性
メモリと、前記第一もしくは第二の不揮発性メモリから
のデータおよび前記第二の分周回路からのデータに基づ
き前記制御回路を駆動して精密調整を行なう歩度調整回
路とを有して構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一の実施例を示すクロック発生回路
のブロック図である。

第１図に示すように、本実施例は精度の粗い発振回路１
の出力を分周する第一の分周口１ｉ’＄　２と出力端子
３から送出されるクロックをさらに分周する第二の分周
回路４と、第一の分周回路２を分周比を制御する制御回
路５と、制御回路５の分周比制御データを記憶する第一
の不揮発性メモリ８と、温度補償データを記憶する第二
の不揮発性メモリ９と、測温回路１０と、第二の分周口
ｉｌ！８４の出力および第二の不揮発性メモリ９の温度
補償データに基つき制御回路５に対する歩度調整データ
を出力する歩度調整回路６と、発振回路１に対して一定
電圧を供給する定電圧発生口ｉ￥８７とを有している。

すなわち、発振回路１の出力は、分周比可変の第一の分
周回路２へ入力され、その分周出力は出力端子３を介し
システムクロックとして集積回路内部へ出力されると共
に、歩度調整のための第二の分周回路４へ出力される。

この第一の分周回路２の分周比は制御回路５の出力によ
り決定される。また、歩度調整回路６は第二の分周回路
４の値を入力し、それが特定の値となった時に第一の分
周回路２の分周比を変更する指示を制御回路５へ出力す
る。一方、定電圧発生回路７は発振回路１に対する電源
電圧を供給する。上述した第一の不揮発性メモリ８は電
源投入のタイミングで読み出され、制御回路５に対して
データを書込む。また、第二の不揮発性メモリ９は測温
回路１０の出力により指定されたアドレスのデータを読
み出＝６ し、歩度調整回路６のデータを書換える。

このように、本実施例のクロック発生口ｉｉ’８１１は
クロック周波数を調整する第一のモードと、設定された
クロックを出力する第二のモードとを有する。また、上
述した発振回路はＣＲ発振器やリング・オシレータ等で
構成され、振動子を持たないなめ、周波数精度は粗く、
所望のクロック周波数の数十倍から数百倍の値に設定さ
れる。

ここで、説明上所望のクロック周波数を３２７６８ＫＨ
，、発振回路１の発振周波数を４．２Ｍ　Ｈｚ±５０％
、第一の分周回路２を８ｂｉｔ２５６分周を例にとり、
以下に説明する。

まず、発振回路１の発振周波数が４．２ＭＨ２の場合、
第一の分周回路２を１２８分周に設定すると、クロック
周波数は３２．８１２５ＫＨｚとなり、所望のクロック
周波数に対し０．１４％の誤差のクロックが得られる。

この誤差の範囲は±０．３２％となる。

次に、発振回路１の発振周波数が４．２ＭＨｚ＝５０％
（２、０９７Ｍ　Ｈｚ　）の場合、第一の分周回路２を
６４分周に設定すると、クロック周波数は３２．７６５
６ＫＨｚとなり、−０，００７％の誤差のクロックが得
られる。この分周比が最小となる条件において、クロッ
クの周波数とデユーティ比の誤差範囲は最大となり、そ
れぞれ±０．７９％及び５０±０．８％となる。

尚、発振周波数が４．２ＭＨ２＋５０％の場合も同様で
ある。

このように、製造ばらつきによって、発振回路１の周波
数精度が±５０％しか補償されない場合でも、分周比の
切替えにより、セラミック発振子程度の周波数制度を実
現することが可能である。

さらに、時計等のクロック周波数の絶対精度では無く、
分周後の周期、例えば１秒の精度を必要とする場合、歩
度調整により精度を改善することができる。この場合は
、クロック発生回路１１の出力を第二の分周回路４に入
力し、この分周回路４があらかじめ設定された値になっ
たタイミングで分周比を変更すると、ｐｐｍオーダーま
での微調整が可能である。

例えば、第二の分周回ｌｉ′８４を７ｂｉｔとし、２７
＝１２８クロツク中の２２クロツクについて第一の分周
回路２の分周比を１２９分周にすると、クロック周波数
に換算して、３２．７６８５ＫＨ２となり、１５ｐｐｍ
の誤差になる。このとき、誤差範囲は±３ｏｐｐｍとな
り、水晶振動子程度の分周後の周期精度に改善される。

一方、発振回路１は振動子による発振回路に比較して電
源電圧依存性及び温度依存性が大きい。

そこで、これらを打消ずために定電圧発生回路７は最適
な電圧に設定される。

第２図は第１図に示す発振回路の発振周波数の温度変化
を示す特性図である。

第２図に示すように、発振回路がインバータにより構成
される場合、電源電圧が低ければ（Ｖｎ。

２■）、インバータを構成するＭＯＳ）ランジスタのし
きい値電圧が支配的になり、正の傾斜を有する。また、
電源電圧が高ければ（ＶＤＤ５■）、ＭＯＳトランジス
タの駆動能力が支配的なり、負の傾斜を有する。一般に
ＭＯＳ）ランジスタは、しきい値＋０．８Ｖ付近に温度
係数が０となる点が依存することが知られている。従っ
て、定電圧発生回路７の値を２．８Ｖ〜３．６■の範囲
でしきい値電圧に基づき定めると、発振回路１の温度依
存性を最小にすることができる。

上述した発振回路１の発振周波数は、集積回路の製造時
につくり込まれ、調整を行なわない。これに対し、制御
回路５および歩度調整回路６は電源投入のタイミングで
第一の不揮発性メモリ８および第二の不揮発性メモリ９
から読出され、制御回路５および歩度調整回路６にデー
タを書込む。

この第一の不揮発性メモリ８はヒユーズＲＯＭワン・タ
イム・ＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが用いられ、集積
回路の製造工程終了後に書込が行なわれる。データを決
定するために、クロック周波数を調整する第一のモード
では、制御回路５および歩度調整回路６のデータ、すな
わち第一の分周回路２の分周比を集積回路外部から直接
変更し、クロック周波数が所望の範囲に入れるためのデ
ータを決定する。」−述しな例ては、第一の分周回路２
の８１）　ｉ　ｔのデータを決定すれば良い。これはＭ
ＳＢから逐次二分法でＨ，Ｉ−の設定を行うと、高々８
回の分周比変更で終了する。

また、周囲温度の変化に対し、りＹコック周期の誤差が
最小になる測温回路１０の出力（アドレス）と、そのと
き歩度調整回路６を書換えるデータの組とを求め、第二
の不揮発性メモリ９に書込んでおくと、クロック発生回
路１１は全温度範囲において誤差範囲±３０ｐｐｍを実
現することができる。

第３図は本発明の第二の実施例を示すクロック発生回路
のブロック図である。

第３図に示すように、本実施例は発振回路１がらの信号
を分周する第一の分周回路２と、出力端子３に接続され
た第二の分周回路４と、第一の分周回路２の分周比を制
御する制御回路５と、歩度調整回路６と、発振回路１に
対１〜一定電圧を供給する定電圧発生回路７と、この定
電圧発生回路７の出力を変更するデータを書込む第二の
不揮発性メモリつと、この第二の不揮発性メモリ９のア
ドレスを指定する測温口ｉＹ８　］、　Ｏとを備えてい
る。

本実施例は、前述した第一の実施例と比較すると、発振
回路１の電源電圧依存性および温度依存性を積極的に利
用する点が異なり、そのためクロック周波数に任意の温
度係数を実現することができるという利点がある。

すなわち、発振回路１の電源は、温度依存性が最小とな
るように約３．２■に選ばれるが、定電圧発生回路７の
温度依存性が完全には０でないので、発振回路１の発振
周波数は温度依存性が残っている。

そこで、周囲温度に対し、クロック周波数の温度依存性
がＯとなるように、定電圧発生回路７の出力電圧を変更
するデータと、その時の測温回路１０の示すアドレスと
の組を測定し、これを第一の不揮発性メモリ９に書込ん
ておく。従って、測温結果に基つき定電圧発生回Ｆｌ！
ｆｆ７の出力電圧が変化し、発振口ｉｉ’８１の発振周
波数は温度依存性が打ち消される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のクロック発生回路は、集
積回路内に設けた精度の粗い発振回路に対し、複数の分
周回路および複数の不揮発性メモリと、制御回路および
歩度調整回路とを設けることにより、発振子を用いる発
振回路と同程度に高精度なりロックを発生することが可
能であるので、水晶等振動子を用いることなく基板実装
面積を縮小できるという効果がある。また、本発明は熱
ストレスに弱い振動子を用いないで済むので、赤外線リ
フローとは別工程で行なっていた振動子の半田付工程も
廃止でき、製造工程を簡略化することができるという効
果がある。

１・・・発振回路、２．４・・・分周回路、３・・・出
力端子、５・・・制御回路、６・・・歩度調整回路、７
・・・定電圧発生回路、８，９・・・不揮発性メモリ、
１０・・・測温回路、］１・・・クロック発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に集積され且つ出力されるクロックの
   数十倍から数百倍の周波数で発振するＣＲ発振回路ある
   いはリング・オシレータ等の精度の粗い発振回路に一定
   電圧を供給する定電圧発生回路と、前記発振回路の出力
   を分周する分周比可変の第一の分周回路と、前記第一の
   分周回路の分周比を変更する制御回路と、前記制御回路
   の分周比制御データを記憶する第一の不揮発性メモリと
   、温度補償データを記憶し測温回路からの指定により読
   み出される第二の不揮発性メモリと、前記第一もしくは
   第二の不揮発性メモリからのデータおよび前記第二の分
   周回路からのデータに基づき前記制御回路を駆動して精
   密調整を行なう歩度調整回路とを有することを特徴とす
   るクロック発生回路。 ２、請求項１記載の第二の不揮発性メモリは温度補償デ
   ータを歩度調整回路の歩度調整データとすることを特徴
   とするクロック発生回路。 ３、請求項１記載の第二の不揮発生メモリは温度補償デ
   ータを定電圧発生回路の電圧制御データとすることを特
   徴とするクロック発生回路。