专利名称：振荡停止检测电路、半导体装置、钟表以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对振荡电路的振荡停止进行检测的振荡停止检测电路、以及具有该振荡停止检测电路的半导体装置、钟表、电子设备。
背景技术：
在钟表等的内置有振荡电路的电子设备中，需要如下控制在振荡电路正常振荡时，降低从调节器供给到振荡电路的电源电压来实现低功耗，在振荡电路的振荡停止时，对系统进行复位以避免不稳定的动作，并且，提高供给到振荡电路的驱动电压以便再次开始振荡电路的振荡。为了能够进行这样的控制，在这种电子设备中设有对振荡电路的振荡停止进行检测的振荡停止检测电路。作为与该振荡停止检测电路有关的技术文献，具有专利文献I和2。专利文献I所公开的振荡停止检测电路具有电容器；开关单元，其按照根据振荡电路的输出信号而生成的控制信号进行开关动作并向电容器传送电荷；电阻，其用于释放电容器的充电电荷；以及振荡状态判别单元，其根据电容器的充电电压是否为基准电平以上，判别振荡电路的振荡状态。这里，作为开关单元，使用MOSFET (MetalOxideSemiconductor Field Effect Transistor ;金属氧化膜半导体构造的场效应晶体管，以下简称为晶体管)。在该结构中，在振荡电路正常振荡的状况下，对开关单元提供规定频率的控制信号，所以，经由开关单元对电容器供给超过放电用电阻的放电电流的充电电流。因此，电容器的充电电压超过基准电平，从振荡状态判别单元得到表示振荡电路振荡的振荡状态判别信号。与此相对，在振荡电路的振荡停止的状况下，不对开关单元提供规定频率的控制信号，所以，针对电容器的充电电流的供给中断，电容器的充电电压低于基准电平，从振荡状态判别单元得到表示振荡停止的振荡状态判别信号。在专利文献2所公开的振荡停止检测电路中，使用晶体管作为用于释放上述电容器的充电电荷的放电用元件。该晶体管的栅极被提供由产生针对振荡电路的电源电压的调节器输出的基准电压VREF，该晶体管作为恒流源发挥功能(参照专利文献2的图3)。专利文献I日本特开2007-81514号专利文献2日本专利第4459663号但是，为了使上述振荡停止检测电路正常地检测振荡电路的振荡状态，经由未进行开关动作的开关单元流入电容器的截止电流、经由进行开关动作的开关单元流入电容器的导通电流、从电容器经由放电用元件流出的放电电流需要维持适当的平衡。但是，在上述专利文献I和2所公开的技术中，由于晶体管或电阻的制造偏差或者产品的周围温度变化的影响，上述各电流的平衡容易破坏。因此，为了得到具有期望性能的振荡停止检测电路，需要进行严格的工艺控制来将晶体管或电阻的制造偏差抑制得较小，存在难以低成本地制造产品的问题
发明内容
本发明是鉴于以上说明的情况而完成的，其目的在于，提供不需要较难的工艺控制且能够低成本地制造的具有期望性能的产品的振荡停止检测电路、以及具有该振荡停止检测电路的半导体装置、钟表、电子设备。本发明提供一种振荡停止检测电路，其特征在于，该振荡停止检测电路具有开关用场效应晶体管，其按照根据振荡电路的输出信号而生成的控制信号进行开关动作，由此传送电荷；电容器，其被充入经由所述开关用场效应晶体管传送的电荷；放电单元，其释放所述电容器的充电电荷；以及振荡状态判别单元，其对所述电容器的充电电压进行二值化，输出振荡状态判别信号，该振荡状态判别信号表示所述振荡电路是振荡还是停止，所述放电单元具有放电用场效应晶体管，其释放蓄积在所述电容器中的电荷；镜用场效应晶体管，其与所述放电用场效应晶体管一起构成电流镜；以及恒流源，其由如下这样的场效应晶体管构成，该场效应晶体管具有与所述开关用场效应晶体管相同的导电类型，向所述镜用场效应晶体管的栅极和漏极的公共连接点供给漏极电流。在该振荡停止检测电路中，在放电用场效应晶体管中流过与恒流源的输出电流成比例的放电电流。这里，恒流源由与开关用场效应晶体管相同导电类型的场效应晶体管构成。因此，在由于制造偏差或周围温度等使用条件的变更而使经由截止状态的开关用场效应晶体管供给到电容器的截止电流、或经由导通状态的开关用场效应晶体管供给到电容器的导通电流增加(减少)时，从电容器经由放电用场效应晶体管流过的放电电流也增加(减少)。这样，在本发明的振荡停止检测电路中，经由开关用场效应晶体管流过的截止电流以及导通电流与放电用场效应晶体管的放电电流之间的平衡不易受到制造偏差或使用条件的变更的影响。因此，不需要较难的工艺条件的控制，能够低成本地制造具有期望性能的振荡停止检测电路。在优选方式中，所述恒流源由源极和栅极相互连接的耗尽型场效应晶体管构成。该方式具有如下优点不需要设置用于对构成恒流源的场效应晶体管提供恒定的栅极源极间电压的恒压源，能够仅利用耗尽型场效应晶体管构成恒流源。在其他优选方式中，所述耗尽型场效应晶体管具有使该耗尽型场效应晶体管的漏极电流的温度系数的符号与所述开关用场效应晶体管的截止电流的温度系数的符号相同的范围内的阈值电压。在该方式中，耗尽型场效应晶体管的漏极电流的温度系数的符号与开关用场效应晶体管的截止电流的温度系数的符号相同，所以，能够进一步提高开关用场效应晶体管的截止电流与放电用场效应晶体管的放电电流之间的平衡相对于周围温度变化的稳定性。在其他优选方式中，作为所述放电用场效应晶体管，具有串联连接的2级以上的放电用场效应晶体管，作为所述镜用场效应晶体管，具有各自的栅极与漏极共同连接且彼此相互串联连接的2级以上的镜用场效应晶体管，该2级以上的镜用场效应晶体管向所述2级以上的放电用场效应晶体管的各栅极供给各自的栅极电压。 当振荡停止检测电路的电源电压变高时，有时在放电用场效应晶体管的漏极电流中出现沟道长度调制效应的影响，从电容器流出的放电电流增大。但是，在该方式中，减小串联连接的2级以上的放电用场效应晶体管的各自的漏极源极间电压，能够使各放电用场效应晶体管在不易出现沟道长度调制效应的区域进行工作。因此，能够防止经由放电用场效应晶体管的电容器的放电电流过度增大。
在其他优选方式中，所述振荡状态判别单元是在高电位侧电源线和低电位侧电源线之间串联插入第I场效应晶体管和第2场效应晶体管而构成，从所述第I场效应晶体管和第2场效应晶体管的公共连接点输出所述振荡状态判别信号，该第I场效应晶体管具有与所述开关用场效应晶体管相同的导电类型，且栅极被提供所述电容器的充电电压，该第2场效应晶体管具有与所述放电用场效应晶体管相同的导电类型，且栅极被提供针对所述放电用场效应晶体管的栅极电压。在该方式中，在由于制造偏差或周围温度等使用条件的变更而使开关用场效应晶体管的漏极电流增加(减少)时 ，从电容器经由放电用场效应晶体管流过的放电电流也增加(减少)，流过栅极电压与其相同的第2场效应晶体管的漏极电流也增加(减少)。另一方面，第I场效应晶体管具有与开关用场效应晶体管相同的导电类型，所以，制造偏差或周围温度等使用条件的变更的影响同等地出现在开关用场效应晶体管和第I场效应晶体管双方中。因此，由第I场效应晶体管和第2场效应晶体管构成的振荡状态判别单元的逻辑阈值成为相对于制造偏差或周围温度等使用条件的变更而稳定的电压值。本发明能够作为构成为形成有以上所述的振荡停止检测电路的半导体装置来实施。并且，本发明能够作为钟表或其他电子设备来实施，该钟表或其他电子设备的特征在于，该钟表或其他电子设备具有振荡电路；电源；上述的各振荡停止检测电路中的任意一个；以及控制单元，其响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路的振荡停止的判别结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路进行复位，并且使从所述电源提供给所述振荡电路的电压上升，以便再次起动所述振荡电路，所述控制单元响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路振荡的判别结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路的复位进行解除，并且，使从所述电源提供给所述振荡电路的电压降低。根据这些钟表或电子设备，振荡停止检测电路的电气特性不易受到制造偏差或使用条件的变更的影响。因此，能够以高成品率制造动作稳定的钟表或电子设备。


图I是示出作为本发明的振荡停止检测电路应用例的电子钟表的钟表电路的结构的框图。图2是示出本发明的第I实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。图3是示出该实施方式的振荡状态判别单元的结构的电路图。图4是示出该实施方式的动作的时序图。图5是说明该实施方式的耗尽型P沟道晶体管的阈值电压的适当范围的图。图6是示出本发明的第2实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。图7是说明在该实施方式中串联连接多级产生基准电压的N沟道晶体管和栅极被提供基准电压的作为放电单元的N沟道晶体管的理由的图。图8是示出本发明的第3实施方式的振荡停止检测电路中的振荡状态判别单元的结构的电路图。图9是示出本发明的第4实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。
图10是示出本发明的第5实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。图11是示出本发明的各实施方式的基准电压产生电路的其他结构例的电路图。标号说明
I :振荡电路；2 :闻频分频电路；3 :中低频分频电路；4 :控制彳目号生成电路；5 :电动机驱动电路；6 :恒压产生电路；7 :振荡停止检测电路；8 :复位信号生成电路；10、10B、IOC :电荷传送电路；11、12 :P沟道晶体管(开关用场效应晶体管)；11B、12B、16 :N沟道晶体管(开关用场效应晶体管)；21、21A、21B :基准电压广生电路；22 :耗尽型P沟道晶体管；23,24 :N沟道晶体管(镜用场效应晶体管)；20 :电容器；26、27 :N沟道晶体管(放电用场效应晶体管)；30 :反相器(振荡状态判别单元)；30’ 非反相缓冲器(振荡状态判别单元)；31 :P沟道晶体管；32 :N沟道晶体管。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。<本发明的实施方式的应用例>图I是示出作为本发明的振荡停止检测电路应用例的电子钟表的钟表电路的结构的框图。在图I中，振荡电路I是使石英等振子振动而进行振荡并输出规定频率的信号的电路。高频分频电路2和中低频分频电路3是依次对振荡电路I的输出信号进行分频并输出各种频率的分频信号的电路。控制信号生成电路4是根据从高频分频电路2和中低频分频电路3得到的各种分频信号生成用于对钟表电路内的各部进行控制的各种控制信号的电路。电动机驱动电路5是根据从控制信号生成电路4输出的规定的控制信号对用于走针驱动等的电动机进行驱动的电路。恒压产生电路6是根据从未图示的电池提供的电源电压向振荡电路I和钟表电路内的其他电路输出驱动电压的电路。该恒压产生电路6构成为能够对要输出的驱动电压的大小进行控制。本发明的实施方式的振荡停止检测电路7是如下的电路根据由控制信号生成电路4基于来自高频分频电路2的分频信号而生成的控制信号SA和SB，生成表示振荡电路I是振荡还是停止的振荡状态判别信号DET。复位信号生成电路8是如下的电路在表示振荡电路I的振荡停止的振荡状态判别信号DET被输出时，使复位信号RES成为有效电平,在表不振荡电路I振荡的振荡状态判别信号被输出时，使复位信号RES成为无效电平。在以上的结构中，在复位信号RES为无效电平的情况下(即振荡电路I振荡的情况下)，恒压产生电路6降低对振荡电路I和高频分频电路2供给的驱动电压，以抑制功耗，在复位信号RES为有效电平的情况下(即振荡电路I的振荡停止的情况下)，恒压产生电路6将对振荡电路I和高频分频电路2供给的驱动电压切换为高电压，以便再次开始振荡电路I的振荡。中低频分频电路3、控制信号生成电路4和电动机驱动电路5在复位信号RES为无效电平的情况下进行通常的动作，但是，在复位信号RES为有效电平的情况下成为复位状态。这是因为，在输出了表示振荡电路I的振荡停止的振荡状态判别信号DET而复位信号RES为有效电平的状况下，振荡电路I的输出信号的频率不稳定，所以，当继续进行中低频分频电路3、控制信号生成电路4和电动机驱动电路5的动作时，钟表电路整体的动作不稳定。但是，控制信号生成电路4内的生成控制信号SA和SB的电路部构成为不会成为复位状态。因此，在振荡停止状态下，除了生成控制信号SA和SB的电路部以外，控制信号生成电路4成为复位状态，在再次开始振荡时，该电路部也在进行动作，能够生成控制信号SA和SB。
<第I实施方式>图2是示出本发明的第I实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。在图2中，电荷传送电路10由作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12和电容器13构成。这里，P沟道晶体管11的源极经由高电位侧电源线与电源VDD连接，P沟道晶体管12的源极与P沟道晶体管11的漏极连接。并且，分别对P沟道晶体管11、12的各栅极供给控制信号SA和SB。这些控制信号SA和SB是由所述图I的控制信号生成电路4根据来自高频分频电路2或中低频分频电路3的分频信号而生成的信号，是在一方为高电平的期间另一方为低电平、在一方为低电平的期间另一方为高电平的互补对称信号。电容器13安插在P沟道晶体管12的源极和P沟道晶体管11的漏极的连接点、与作为低电位侧电源线的接地线(接地电位VSS)之间。在该电荷传送电路10中，P沟道晶体管11、12作为用于对电荷的移动/遮断进行控制的开关单元发挥作用。更详细地讲，在控制信号SA为低电平、控制信号SB为高电平的期间，P沟道晶体管11成为导通状态，P沟道晶体管12成为截止状态，电荷从电源VDD经由P沟道晶体管11向电容器13移动，另一方面，从电容器13向P沟道晶体管12的漏极侧的电荷移动被遮断。与此相对，在控制信号SA为高电平、控制信号SB为低电平的期间，P沟道晶体管11成为截止状态，P沟道晶体管12成为导通状态，从电源VDD向电容器13的经由P沟道晶体管11的电荷移动被遮断，另一方面，进行从电容器13向P沟道晶体管12的漏极侧的电荷移动。电容器20的一个电极与电荷传送电路10的P沟道晶体管12的漏极连接，另一个电极接地。该电容器20被充入经由电荷传送电路10传送的电荷。反相器30例如是将图3所示的P沟道晶体管31和N沟道晶体管32串联连接在电源VDD与接地VSS之间而构成的CMOS (ComplementMOS ;互补对称型M0S)结构的反相器。该反相器30是通过对电容器20的充电电压VC进行二值化而输出振荡状态判别信号DET的振荡状态判别单元。即，在充电电压VC高于逻辑阈值的情况下，反相器30输出表示振荡电路I振荡的低电平的振荡状态判别信号DET，在充电电压VC低于逻辑阈值的情况下，反相器30输出表示振荡电路I停止的高电平的振荡状态判别信号DET。在本实施方式中，释放电容器20的充电电荷的放电单元由基准电压产生电路21和N沟道晶体管26构成，该N沟道晶体管26的漏极及源极分别与电容器20的两个电极连接，作为放电用场效应晶体管发挥功能。基准电压产生电路21是对N沟道晶体管26的栅极输出基准电压Vref的电路，由耗尽型P沟道晶体管22和作为镜用场效应晶体管的N沟道晶体管23构成。这里，耗尽型P沟道晶体管22的源极及栅极与电源VDD连接。并且，N沟道晶体管23的漏极及栅极与耗尽型P沟道晶体管22的漏极连接，源极接地。而且，在耗尽型P沟道晶体管22的漏极与N沟道晶体管23的漏极及栅极的公共连接点产生的电压作为基准电压Vref被供给到N沟道晶体管26的栅极。在以上的结构中，对耗尽型P沟道晶体管22提供OV的栅极源极间电压。因此，在耗尽型P沟道晶体管22中流过与其阈值电压的平方成比例的恒流，该恒流流入N沟道晶体管23。该N沟道晶体管23和N沟道晶体管26构成电流镜。因此,N沟道晶体管26作为与耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压的平方成比例的电流值的恒流源发挥功能。图4是示出本实施方式的振荡停止检测电路的各部的波形的时序图。在该图中，例示了从振荡电路I的振荡停止的状态转移到振荡电路I振荡的状态、然后再次转移到振荡电路I的振荡停止的状态时的各部的波形。在振荡电路I的振荡停止的状态下，控制信号SA和SB没有变化，在图示的例子中，控制信号SA成为低电平，控制信号SB成为高电平。因此，在电荷传送电路10中，P沟道晶体管11或12中的一方(在图示的例子中为P沟道晶体管11)维持导通状态，另一方(在图示的例子中为P沟道晶体管12)维持截止状态。在该状态下，不进行经由电荷传送电路10的朝向电容器20的电荷传送，所以，电容器20的充电电压VC成为0V。因此，反相器30输出表示振荡电路的振荡停止的高电平的振荡状态判别信号DET。当振荡电路I的振荡开始后，产生交替成为低电平的周期性的控制信号SA和SB。在控制信号SA为高电平、控制信号SB为低电平的期间，在电荷传送电路10中，P沟道晶体管11成为截止状态，P沟道晶体管12成为导通状态。因此，电容器13被充入的电荷经由P沟道晶体管12传送到电容器20，进行电容器20的充电。在该期间内，经由电荷传送电路10提供给电容器20的充电电流大于经由N沟道晶体管26流过的电容器20的放电电流，电容器20的充电电压VC上升。并且，在控制信号SA为低电平、控制信号SB为高电平的期间，在电荷传送电路10中，P沟道晶体管11成为导通状态，P沟道晶体管12成为截止状态，不进行经由P沟道晶体管12向电容器20的电荷传送。因此，在该期间内，经由N沟道晶体管26的电容器20的充电电荷的放电起支配性作用，电容器20的充电电压VC降低。在本实施方式中，以经由电荷传送电路10供给到电容器20的充电电流的在控制 信号SA和SB的一个周期内的平均值大于经由N沟道晶体管26流过的放电电流的方式，决定P沟道晶体管11、12和N沟道晶体管26的晶体管尺寸(size)。因此，电容器20的充电电压VC以大致与前者即充电电流的平均值和后者即放电电流的差分成比例的梯度上升。然后，当电容器20的充电电压VC超过反相器30的逻辑阈值Vth30时，反相器30输出表示振荡电路振荡的低电平的振荡状态判别信号DET。然后，在控制信号SA和SB进行切换的期间内，通过P沟道晶体管11、12的开关动作，大于经由N沟道晶体管26的放电电流的充电电流被供给到电容器20。在该期间内，电容器20的充电电压VC维持反相器30的逻辑阈值Vth30以上的电压值，所以，振荡状态判别信号DET维持低电平。然后，当振荡电路I的振荡停止、不再进行控制信号SA和SB的切换时，P沟道晶体管11、12的开关动作停止。其结果，P沟道晶体管11或12的微小的截止电流被供给到电容器20，另一方面，大于该截止电流的放电电流从电容器20经由N沟道晶体管26流出。因此，电容器20的充电电压VC以与经由N沟道晶体管26的放电电流和P沟道晶体管11或12的截止电流的差分成比例的梯度衰减。然后，当电容器20的充电电压VC低于反相器30的逻辑阈值Vth30时，反相器30输出表示振荡电路I的振荡停止的高电平的振荡状态判别信号DET。以上是本实施方式的振荡停止检测电路的动作。接着，与现有技术进行对比并说明本实施方式的效果。最初，对用于使振荡停止检测电路的动作适当的条件进行说明。首先，需要使作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12的截止电流小于作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26的放电电流(第I条件)。假设当经由未进行开关动作的状态的P沟道晶体管11、12流入电容器20的截止电流大于N沟道晶体管26的放电电流时，即使在振荡电路I的振荡停止而控制信号SA和SB停止的状态下，大于放电电流的截止电流也会流入电容器20。因此，始终处于电容器20的充电电压VC高于反相器30的逻辑阈值Vth30的状态，产生即使振荡电路I的振荡停止也不会输出表示振荡停止的振荡状态判别信号DET的问题。为 了不产生这种问题，需要使开关用场效应晶体管的截止电流小于放电用场效应晶体管的放电电流。接着，作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12的截止电流不能极端地小于作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26的放电电流(第2条件)。换言之，该条件是指放电电流不能极端地大于截止电流。当控制信号SA和SB的切换停止时，电容器20的充电电压VC以与放电用场效应晶体管的放电电流和开关用场效应晶体管的截止电流的差分成比例的梯度降低。因此，当不满足第2条件时，例如由于钟表落下等原因而在电池的输出电压中产生跳跃(chattering)、使控制信号SA和SB短时间中断的情况下，在该短时间内，电容器20的充电电压VC低于反相器30的逻辑阈值。该情况下，产生如下问题虽然振荡电路的振荡没有真正停止，但是，从反相器30输出表示振荡停止的振荡状态判别信号DET，对系统进行复位。为了不产生这种问题，开关用场效应晶体管的截止电流不能极端地小于放电用场效应晶体管的放电电流。进而，经由进行开关动作的开关用场效应晶体管供给到电容器20的充电电流必须充分大于放电用场效应晶体管的放电电流(第3条件)。当控制信号SA和SB的切换开始后，电容器20的充电电压VC以与从开关用场效应晶体管的导通电流的时间平均减去放电用场效应晶体管的放电电流而得到的电流成比例的梯度上升。因此，当不满足第3条件时，产生如下的不良情况即使振荡电路I的振荡开始，电容器20的充电电压VC也不会上升，而不输出表示振荡电路I振荡的振荡状态判别信号DET ;或者电容器20的充电电压VC上升需要时间，输出表示振荡电路I振荡的振荡状态判别信号DET需要时间。并且，当不满足第2条件时，在振荡电路I振荡的状态下，电容器20的充电电压VC不会维持与作为振荡状态判别单元的反相器30的逻辑阈值Vth30相差很大的电压，所以，振荡状态判别信号DET不稳定。并且，当电容器20的充电电压VC接近振荡状态判别单元的逻辑阈值Vth30时，在振荡状态判别单元由图3所示的CMOS反相器构成的情况下，流过CMOS反相器的直通电流(贯通電流)增加，功耗增大。为了不产生这样的问题，经由开关用场效应晶体管供给到电容器20的充电电流必须充分大于放电用场效应晶体管的放电电流。在上述专利文献I和2所公开的技术中，为了得到满足这些第I 第3条件的振荡停止检测电路，需要进行严格的工艺控制。下面叙述其理由。首先，在专利文献I的振荡停止检测电路中，使用电阻作为用于释放电容器20的充电电荷的放电用元件。这里，为了将振荡停止检测电路的功耗抑制为较低，需要充分提高放电用电阻的电阻值。例如，当利用扩散电阻(拡散抵抗)来实现这种电阻值高的放电用电阻时，芯片内的放电用电阻的占有面积增大，存在安装振荡停止检测电路的芯片昂贵的问题。该情况下，还可以利用多晶硅等电阻较大的本征半导体来实现放电用电阻，但是，存在基于本征半导体的电阻的制造偏差大的问题。并且，在专利文献1的振荡停止检测电路中，用于形成场效应晶体管的制造工序和用于形成放电用电阻(扩散电阻或基于本征半导体的电阻)的制造工序不同。因此，即使位于同一芯片内，场效应晶体管的电气特性与放电用电阻的电气特性之间也不相关，即使开关用场效应晶体管的截止电流、导通电流在增大的方向上出现偏差，放电用电阻的放电电流也不一定同样在增大的方向上出现偏差。因此，可能由于制造偏差而使振荡停止检测电路不满足上述第I 第3条件。在专利文献2的振荡停止检测电路中，使用场效应晶体管作为放电用元件。但是，在该专利文献2的振荡停止检测电路中，使用N沟道晶体管作为开关用场效应晶体管，使用P沟道晶体管作为放电用场效应晶体管(参照专利文献2的图3的N沟道晶体管13、P沟道晶体管15)。这里，用于形成N沟道晶体管的制造工序和用于形成P沟道晶体管的制造工序不同，所以，即使作为开关用场效应晶体管的N沟道晶体管的截止电流、导通电流在增加的方向上出现偏差，经由作为放电用场效应晶体管的P沟道晶体管流过的放电电流也不一定在增加的方向上出现偏差。并且，在专利文献2所公开的技术中，调节器根据内置电阻的压降，生成对作为放电用场效应晶体管的P沟道晶体管的栅极供给的基准电压。该调节器内置的电阻是通过与振荡停止检测电路的N沟道晶体管或P沟道晶体管不同的制造工序来制造的。因此，在专利文献2所公开的技术中，经由P沟道晶体管流过的放电电流的大小不仅受到P沟道晶体管自身的电气特性的制造偏差的影响，还受到调节器内的电阻的制造偏差的影响，而且，该调节器内的电阻的电气特性与P沟道晶体管的电气特性之间不相关。因此，在专利文献2所公开的技术中，与专利文献I所公开的技术相比，更难满足上述第I 第3条件。并且，在专利文献2所公开的装置中，放电用场效应晶体管的放电电流依赖于为了驱动振荡电路而由调节器输出的基准电压。这里，在多数情况下，用于使振荡电路以极低的功耗进行动作的最佳基准电压与能够使振荡停止检测电路的放电电流达到最佳的基准电压不同，难以通过共同的基准电压对振荡电路和振荡停止检测电路双方的特性进行优化。与此相对，在本实施方式中，作为基准电压产生电路21的恒流源，使用具有与作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12相同导电类型的耗尽型P沟道晶体管22。而且，该耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流流入的镜用场效应晶体管即N沟道晶体管23和放电用场效应晶体管即N沟道晶体管26构成电流镜。因此，在由于制造偏差或周围温度等使用条件的变更而使经由开关用场效应晶体管供给到电容器20的截止电流和导通电流增加(减少)时，从电容器20经由放电用场效应晶体管流过的放电电流也增加(减少)。因此，在理想的制造条件和使用条件下，如果以使开关用场效应晶体管的截止电流和导通电流以及放电用场效应晶体管的放电电流满足上述第I 第3条件的方式，决定构成振荡停止检测电路的各晶体管的阈值电压或晶体管尺寸，则即使在产生制造偏差或者使用条件变化的情况下，也能够满足上述第I 第3条件，使振荡停止检测电路正常动作。并且，根据本实施方式，对作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26的栅极供给的基准电压Vref不是由对振荡电路I供给驱动电压的恒压产生电路6产生的，而是由振荡停止检测电路内的基准电压产生电路21产生的。因此，能够与振荡电路I的驱动电压的优化独立地对放电用场效应晶体管的放电电流进行优化。但是，在周围温度变化的状况下使用本实施方式的振荡停止检测电路的情况下，优选的是，作为开关用场效应晶体管 的P沟道晶体管11、12的截止电流的温度系数的符号与用于决定放电用场效应晶体管的放电电流的耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流的温度系数的符号相同。因此，优选在适当范围内选择耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压VTP的目标值。图5是说明耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压VTP的适当范围的图。在图5中，横轴是耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压VTP，纵轴是如图2所示使用耗尽型P沟道晶体管22构成基准电压产生电路21的情况下、周围温度为75°C时的漏极电流ID相对于周围温度为25°C时的耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流ID的变化率。这里，当周围温度上升时，场效应晶体管的阈值电压降低，另一方面，载流子迁移率降低，电流放大率β降低。而且，关于作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12的截止电流，前者的阈值的变化起支配性作用，随着周围温度上升而增大。即，P沟道晶体管11、12的截止电流的温度系数为正。另一方面，关于耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流ID，周围温度上升导致的阈值电压的降低以及周围温度上升导致的载流子迁移率的降低这双方起支配性作用，哪一个要因起主要作用取决于耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压VTP。如图5所示，在阈值电压VTP高的区域中，在耗尽型P沟道晶体管22中，周围温度上升导致的载流子迁移率的降低与漏极电流ID密切相关，漏极电流ID的温度系数为负。但是，当阈值电压VTP低于某个阈值电压VTPO时，阈值电压VTP的降低与漏极电流ID密切相关，漏极电流ID的温度系数从负变为正。因此，在本实施方式中，将振荡停止检测电路的制造时的耗尽型P沟道晶体管22的阈值电压VTP的目标值设为比使得该漏极电流ID的温度系数从负变为正的阈值电压VTPO低的区域(漏极电流ID的温度特性的倾斜度为正的区域)内的阈值电压。这样，在系统动作保证温度范围内，能够将作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管11、12的截止电流与用于决定放电用场效应晶体管的放电电流的耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流之间的关系保持为相同，能够使振荡停止检测电路稳定地动作。〈第2实施方式>图6是示出本发明的第2实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。在将二次电池作为电源的电子设备等电源电压变动的电子设备中安装振荡停止检测电路的情况下，如以下说明的那样，有时放电用场效应晶体管的放电电流由于电源电压的上升而过度增大。图7是例示上述第I实施方式(图2)的放电用场效应晶体管的漏极电流特性的图。在该图中，横轴是作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26的漏极源极间电压VDS (即电容器20的充电电压VC)，纵轴是N沟道晶体管26的漏极电流ID。
在理想的情况下，在使漏极源极间电压VDS逐渐增加时，N沟道晶体管26的漏极电流ID如虚线所示那样饱和。但是，当漏极源极间电压VDS增大时，在N沟道晶体管26的漏极与P型半导体衬底的边界形成的耗尽层的厚度增大，产生N沟道晶体管26的实效沟道长度缩短的沟道长度调制效应。因此，在饱和区域中，对N沟道晶体管26的漏极源极间电压VDS为电压VDS_A时的漏极电流ID_A与漏极源极间电压VDS为比电压VDS_A大的电压VDS_B时的漏极电流ID_B进行比较时，后者的漏极电流ID_B比前者的漏极电流ID_A大某个量AID。
这里，在振荡电路I振荡时，电容器20被充电到电源电压VDD附近的电平。因此，当振荡停止检测电路在电源电压VDD高的状态下动作时，N沟道晶体管26的漏极源极间电压VDS变高，在N沟道晶体管26中流过过度的电流。这样，当经由N沟道晶体管26流过的放电电流增大时，有可能不满足上述第2或第3条件。本实施方式对上述第I实施方式施加了改良，以使得在电源电压VDD较高的状况下，在放电用场效应晶体管中不会流过这种过度的放电电流。在本实施方式的振荡停止检测电路(图6)中，作为放电用场效应晶体管，串联连接的2级的N沟道晶体管26、27与电容器20并联连接。并且，作为镜用场效应晶体管，基准电压产生电路21A具有各自的栅极和漏极共同连接且彼此相互串联连接的2级的N沟道晶体管23和24。而且，这些N沟道晶体管23和24对作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26和27的各栅极供给各自的栅极电压。根据该结构，能够使N沟道晶体管23的漏极源极间电压以及N沟道晶体管24的漏极源极间电压这双方成为沟道长度调制效应较少的共同的电压VDS_A。而且，N沟道晶体管24的栅极电压VDS_A被供给到N沟道晶体管27的栅极，N沟道晶体管23的栅极电压2VDS_A被供给到N沟道晶体管26的栅极。因此，例如在电容器20的充电电压VC为电压2VDS_A时，N沟道晶体管26的漏极源极间电压VDS_B1以及N沟道晶体管27的漏极源极间电压VDS_B2这双方成为电压VDS_A。在电容器20的充电电压VC为电压2VDS_A以上的区域中，N沟道晶体管26的漏极源极间电压VDS_B1以及N沟道晶体管27的漏极源极间电压VDS_B2也成为大致相同的电压。这样，作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26、27的漏极和源极间电压不会过度增大，在沟道长度调制效应的影响较小的区域进行动作，所以，不会流过过度的放电电流。另外，在图6中，设镜用场效应晶体管和放电用场效应晶体管的级数为2级，但是，在电源电压VDD变高的情况下，根据电源电压VDD的增加，也可以将级数增加到3级以上。〈第3实施方式>图8是示出本发明的第3实施方式的振荡停止检测电路中的振荡状态判别单元的结构的电路图。在上述第I实施方式中，设振荡状态判别单元为由P沟道晶体管31和N沟道晶体管32构成的CMOS结构的反相器30，对该反相器30提供电容器20的充电电压VC。这里，P沟道晶体管31和N沟道晶体管32在不同的制造工序中形成，所以，P沟道晶体管31的特性偏差与N沟道晶体管32的特性偏差之间不相关。因此，反相器30的逻辑阈值可能由于P沟道晶体管31的特性偏差和N沟道晶体管32的特性偏差的影响而变动。这样，当反相器30的逻辑阈值变动时，由于其影响，例如，可能产生从振荡电路开始振荡到振荡状态判别信号反转为止的时间变长、或者在控制信号SA和SB瞬间中断时振荡状态判别信号容易反转的不良情况。本实施方式对这点进行了改善。在本实施方式的振荡状态判别单元中，如图8所示，仅对P沟道晶体管31的栅极提供电容器20的充电电压VC，对N沟道晶体管32的栅极提供由基准电压产生电路21的N沟道晶体管23 (参照图2)产生的基准电压Vref。而且，从P沟道晶体管31和N沟道晶体管32的漏极彼此的连接点输出振荡状态判别信号DET。在该方式中，在由于制造偏差或使用条件的变更而产生使P沟道晶体管31的漏极电流增加(减少)的要因时，与耗尽型P沟道晶体管22的漏极电流成比例的电流即N沟道晶体管32的漏极电流也增加(减少)。因此，本实施方式的振荡状态判别单元的逻辑阈值相对于制造偏差或使用条件的变更是稳定的，不会产生上述不良情况。〈第4实施方式〉图9是示出本发明的第4实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。在上述第I实施方式(图2)的电荷传送电路10中，使用P沟道晶体管11和12作为开关用场效应晶体管。与此相对，本实施方式的电荷传送电路IOB使用N沟道晶体管IlB和12B作为开关用场效应晶体管。并且，在上述第I实施方式中，使用N沟道晶体管26作为放电用场效应晶体管。与此相对，在本实施方式中，作为放电用场效应晶体管，P沟道晶体管28与电容器20并联连接。并且，在上述第I实施方式中，由耗尽型P沟道晶体管22和N沟道晶体管23构成基准电压产生电路21，N沟道晶体管23与作为放电用场效应晶体管的N沟道晶体管26 —起构成电流镜。与此相对，在本实施方式中，由耗尽型N沟道晶体管23B和P沟道晶体管22B构成基准电压产生电路21B，P沟道晶体管22B与作为放电用场效应晶体管的P沟道晶体管28 —起构成电流镜。并且，在本实施方式中，作为振荡状态判别单元，例如使用连接了 2级CMOS反相器而构成的非反相缓冲器30’。在本实施方式中，在作为放电用场效应晶体管的P沟道晶体管28中流过与耗尽型N沟道晶体管23B的漏极电流成比例的电流。因此，在作为开关用场效应晶体管的N沟道晶体管IlB和12B的漏极电流增加(减少)时，流过P沟道晶体管28的放电电流也增加(减少)。因此，在本实施方式中，也可得到与上述第I实施方式相同的效果。〈第5实施方式>图10是示出本发明的第5实施方式的振荡停止检测电路的结构的电路图。本实施方式的振荡停止检测电路构成为，将上述第4实施方式的电荷传送电路IOB置换为电荷传送电路IOC。在该电荷传送电路IOC中，反相器14对控制信号SC进行电平反转并输出。该控制信号SC与上述第I实施方式的控制信号SA、SB同样，是根据振荡电路的输出信号生成的信号。反相器15对反相器14的输出信号进行电平反转并输出。N沟道晶体管16是承担作为开关用场效应晶体管的作用的晶体管，源极与反相器15的输出端子连接，栅极被提供反相器14的输出信号，漏极连接在电容器20的一个电极和P沟道晶体管28的漏极的公共连接点。在该结构中，在控制信号SC为低电平的情况下，反相器14的输出信号成为高电平，所以，N沟道晶体管16成为导通状态，反相器15的输出信号成为低电平。因此，通过N沟道晶体管16的漏极电流对电容器20进行充电。然后，当控制信号SC成为高电平时，反相器14的输出信号成为低电平，所以，N沟道晶体管16成为截止状态。这样，根据控制信号SC对作为开关用场效应晶体管的N沟道晶体管16的导通/截止进行切换，经由该N沟道晶体管16对电容器20传送电荷。由基准电压产生电路21B、电容器20、P沟道晶体管28和非反相缓冲器30’构成的部分的电路结构与上述第4实施方式相同。在本实施方式中，也可得到与上述第4实施方式相同的效果。<其他实施方式>以上，说明了本发明的第I 第5实施方式，但是，除此之外，本发明还考虑了各种实施方式。例如，如下所述。(I)在第I实施方式中，将振荡停止检测电路应用于钟表。但是，本发明的振荡停止检测电路的应用范围不限于此，可以应用于便携电话、PDA (PersonalDigitalAssistant,个人数字助理)等安装有振荡电路的钟表以外的多种电子设备。(2)在上述各实施方式中，作为对镜用场效应晶体管供给输出电流的恒流源，使用了栅极和源极相互连接的耗尽型晶体管。但是，该恒流源不限于这种结构。例如在开关用场效应晶体管是P沟道晶体管的情况下，也可以设置使用了相同导电类型的P沟道晶体管的恒流源，对镜用场效应晶体管供给该恒流源的输出电流，将该镜用场效应晶体管的栅极电压作为基准电压Vref供给到放电用场效应晶体管的栅极。图11是示出包含这种恒流源的基准电压产生电路的结构例的电路图。在图11中，P沟道晶体管41和43各自的源极与电源VDD连接，各自的栅极与P沟道晶体管41的漏极连接。在该P沟道晶体管41的漏极与接地线之间安插有电阻42。另一方面，P沟道晶体管43的漏极与作为镜用场效应晶体管的N沟道晶体管44的栅极以及漏极连接，该N沟道晶体管44的源极接地。在该基准电压产生电路中，由P沟道晶体管41、43和电阻42构成的电路构成了恒流源，该恒流源的输出电流被供给到作为镜用场效应晶体管的N沟道晶体管44。
在该方式中，在放电用场效应晶体管中流过与P沟道晶体管43的漏极电流成比例的放电电流。因此，在作为开关用场效应晶体管的P沟道晶体管的漏极电流增加(减少)时，放电电流也增加(减少)。因此，可得到与上述各实施方式相同的效果。并且，上述实施方式和变形例的振荡停止检测电路也可以形成为IC等半导体装置的一部分或全部。
权利要求
1.一种振荡停止检测电路，其特征在于，该振荡停止检测电路具有 开关用场效应晶体管，其按照根据振荡电路的输出信号而生成的控制信号进行开关动作，由此传送电荷； 电容器，其被充入经由所述开关用场效应晶体管传送的电荷； 放电单元，其释放所述电容器的充电电荷；以及 振荡状态判别单元，其对所述电容器的充电电压进行二值化，输出振荡状态判别信号，该振荡状态判别信号表示所述振荡电路是振荡还是停止， 所述放电单元具有 放电用场效应晶体管，其释放蓄积在所述电容器中的电荷； 镜用场效应晶体管，其与所述放电用场效应晶体管一起构成电流镜；以及恒流源，其由如下这样的场效应晶体管构成，该场效应晶体管具有与所述开关用场效应晶体管相同的导电类型，向所述镜用场效应晶体管的栅极和漏极的公共连接点供给漏极电流。
2.根据权利要求I所述的振荡停止检测电路,其特征在于， 所述恒流源由源极和栅极相互连接的耗尽型场效应晶体管构成。
3.根据权利要求2所述的振荡停止检测电路，其特征在于， 所述耗尽型场效应晶体管具有使该耗尽型场效应晶体管的漏极电流的温度系数的符号与所述开关用场效应晶体管的截止电流的温度系数的符号相同的范围内的阈值电压。
4.根据权利要求I至3中的任意一项所述的振荡停止检测电路，其特征在于， 作为所述放电用场效应晶体管，具有串联连接的2级以上的放电用场效应晶体管，作为所述镜用场效应晶体管，具有各自的栅极与漏极共同连接且彼此相互串联连接的2级以上的镜用场效应晶体管，该2级以上的镜用场效应晶体管向所述2级以上的放电用场效应晶体管的各栅极供给各自的栅极电压。
5.根据权利要求I至4中的任意一项所述的振荡停止检测电路，其特征在于， 所述振荡状态判别单元是在高电位侧电源线和低电位侧电源线之间串联插入第I场效应晶体管和第2场效应晶体管而构成，从所述第I场效应晶体管和第2场效应晶体管的公共连接点输出所述振荡状态判别信号，该第I场效应晶体管具有与所述开关用场效应晶体管相同的导电类型，且栅极被提供所述电容器的充电电压，该第2场效应晶体管具有与所述放电用场效应晶体管相同的导电类型，且栅极被提供针对所述放电用场效应晶体管的栅极电压。
6.一种半导体装置，其特征在于， 该半导体装置构成为形成有权利要求I 5中的任意一项所述的振荡停止检测电路。
7.—种钟表,其特征在于,该钟表具有 振荡电路； 电源； 权利要求I至5中的任意一项所述的振荡停止检测电路；以及控制单元，其响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路的振荡停止的判别结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路进行复位，并且使从所述电源提供给所述振荡电路的电压上升，以便再次起动所述振荡电路，所述控制单元响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路振荡的判别结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路的复位进行解除，并且，使从所述电源提供给所述振荡电路的电压降低。
8.—种电子设备，其特征在于，该电子设备具有 振荡电路； 电源； 权利要求I至5中的任意一项所述的振荡停止检测电路；以及控制单元，其响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路的振荡停止的判另IJ结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路进行复位，并且使从所述电源提供给所述振荡电路的电压上升，以便再次起动所述振荡电路，所述控制单元响应于从所述振荡停止检测电路得到表示所述振荡电路振荡的判别结果的情况，进行如下控制对利用所述振荡电路的输出信号的电路的复位进行解除，并且，使从所述电源提供给所述振荡电路的电压降低。
全文摘要
本发明提供振荡停止检测电路、半导体装置、钟表以及电子设备。不需要较难的工艺条件的控制且能够低成本地制造。反相器(30)输出振荡状态判别信号。N沟道晶体管(26)是使电容器(20)放电的晶体管。基准电压产生电路(21)是串联连接栅极与源极相互连接的耗尽型P沟道晶体管(22)以及栅极与漏极相互连接的N沟道晶体管(23)而构成的，N沟道晶体管(23)和N沟道晶体管(26)构成电流镜。
文档编号G01R31/28GK102621368SQ20121001560
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月18日 优先权日2011年1月28日
发明者中宫信二 申请人:精工爱普生株式会社