Формирователь сигнала начальной установки делителя частоты кварцевых наручных часов Советский патент 1988 года по МПК G04C17/00 

сл

САЭ Од

сл

№.f

1

Изобретение относится к области часовых ИС и может быть использовано в кварцевых наручных часах (КНЧ).

Целью изобретения является уменьшение потребляемого тока.

На фиг, 1 представлена схема формирователя сигнала начальной установки делителя частоты КНЧ; на фиг, 2 - схема усилителя с внутренними опорными элементами; на фиг. 3- эпюры напряжений в узлах устройства .

Схема формирователя сигнала начальной установки делителя частоты КНЧ (фиг. 1) состоит из кнопки 1 начальной установки, включенной между общей шиной 2 и входом 3 устройства, п-канального нагрузочного тран зистора 4 обратной связи, включенного своей выходной цепью между входом 3 и минусовой шиной 5, источника питания, а затвором - к выходу первого КМОП-инвертора 6. В состав стабилизатора 7 напряжения входят усилитель 8 с внутренними опорными элементами, один из входов которого ПОД

ключен к общей шине 2, а другой - к выходу 9 стабилизированного напряжения; п-канальный транзистор 10 - регулятор тока нагрузки интегральной схемы с резистором 11, связывающим исток этого транзистора с минусовой шиной 5, источника питания, причем ток транзистора 10 подключен к выходу 9 стабилизированного напряжения, а затвор - к выходу усилителя 8 Второй КМОП-инвертор 12 подключен между выходом первого инвертора 6 и выходом 13 начальной установки устройства. Управляющий р-канальный транзистор 14 подключен истоком к входу 3 устройства, подложкой - к общей шине 2, затвором - к выходу 9 стабилизированного напряжения устройства, а стоком - к стоку нагрузочного п-канального транзистора 15 и к входу первого КМОП-инвертора 6. Исток, подложка и затвор нагрузочного транзистора 15 соединены с соответствующими электродами транзистора 10 - регулятора тока нагрузки ИС,

Схема усилителя 8 с внутренними опорными элементами (фиг. 2) состоит из делителя напряжения на р-ка- нальном транзисторе 16 в диодном режиме и резисторе 17 и инвертирующего усилителя на р-канальном транзисторе 18 и п-канальном транзисто650412

ре 19. В качестве внутренних опорных элементов выступают здесь пороговые напряжения р- и п-канальных транзисторов 16 и 19.

Устройство функционирует следующим образом.

При подключении источника питания к выводам 2 и 5 на выходе 9 устрой- 10 ства устанавливается стабилизированное напряжение и , величина которого в современных ИС КНЧ принимает одно из значений в пределах от максимального из пороговых напряже- НИИ р- или п-канального транзисторов и пор макс Д° суммы ПОРОГОВЫХ напря- жений этих транзисторов (Up+U)

и.

UC.OB Up+Unпор.макс став - р Конкретное значение напряжения на выходе стабилизатора определяется компромиссом между требованием минимизации токового потребления кварцевого генератора и высокочастотных счетчиков делителя частоты и требованием к электрофизическим параметрам элементов схемы.

В часовой ИС со стабилизатором напряжения ток, потребляемый схемой, является величиной постоянной, не зависящей от напряжения питания и пороговых напряжений транзисторов Ток, потребляемый делителем частоты, определяется выражением

35

и,,„ (f,-bf,+ .,.fj 2Су . f, ,

где Си - узловая емкость на вы- ходах триггеров;

f I, f 2 , . , .

...,f - частоты работы триггеров делителя с первого высокочастотного f, до п-низкочастотного f„;

и став напряжение на выходе

стабилизатора.

Ток кварцевого генератора 1. состоит из двух составляющих, каждая из которых является величиной, не зависимой от напряжения питания

г г нед.иск,

где 1 - ток первой гармоники (гар- моническая составляющая

выходного тока генераторного каскада);

т -

-L 2 г f

9x8

где Z

9k6

с Bbi)i RK

выи

R

KB

де C0o 2 irfj - частота кварцевого генератора;

-выходная емкость кварцевого генератора;

-динамическое сопротивление кварцевого резонатора ;

-ток нелинейных искажений, возникающий за счет перезаряда нагрузочной емкости генераторного каскада высоко частотными гармониками выходно го тока.

мея. иск

не А- иск

де С нагр

с;:

СОл

f,

Со + С

|гр

с в вк

и

СТОБ

где С

ВЫХ

и с в, - выходная и входная емкости кварцевого генератора (емкостной трех- точки);

С д - статическая емкость кварцевого резонатора. Таким образом

IT г UCTOS

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров кварцевого резонатора, емкостей генератора, геометрии транзисторов генераторного усилителя.

Ток 1, потребляемый усилителем 8, определяется сопротивлением резистора 17, пороговым напряжением Up и напряжением U. :

1 2

и

- Up

Rn

Во время действия начальной установки ток стока транзистора 10 является Суммой токов IT + I,,. Величина этого тока не зависит от напряжения батарейного питания .

Технологический разброс пороговых напряжений Up и U транзисторов связан, в основном, с изменением заряда поверхностных состояний, который вызван технологическим загрязнением поверхности кремния и действует та

КИМ образом, что при изменении каждого из типов пороговых напряжений сумма ир и и„ остается постоянной.

g Поэтому величина Uj.o|g остается постоянной и не зависит от разброса пороговых напряжений обоих типов транзисторов.

Таким образом, ток стока тран10 зистора 10 не зависит от разброса пороговых напряжений, т.е. транзистор 10 является генератором тока. Режим генератора тока обеспечивается управлением затворным напряжением

15 этого транзистора с помощью усилителя 8 и резистором I1 в истоковой цепи этого транзистора. Транзистор 10 работает всегда в пологой области характеристик,

20 Нагрузочный п-канальный транзистор 15, включенный всеми своими электродами, кроме стока, параллельно транзистору 10, является трансформатором тока. Ток, протекающий через

25 этот транзистор, определяется соотношением размеров канальной части транзисторов 10 и 15

1,, IK

30

Wi5L|2 W,oL,,

где W и L - ширина и длина канала соответствующего транзистора , Разомкнутое состояние кнопки I

соответствует эксплуатационному режиму работы ИС КНЧ. При этом управляющий р-канальный транзистор 14 заперт по истоку, на входе первого инвертора 6 - отрицательный (единичный) уровень напряжения, поддерживаемый открытым р-канальным нагрузочным транзистором 15. На выходе инвертора 6 - нулевой уровень напряжения, отпирающий нагрузочный

р-канальный транзистор 4 обратной связи. На входе 3 устройства - единичный уровень напряжения, поддерживаемый открытым нагрузочным транзистором 4 обратной связи. Инвертор

12 закрыт, и на выходе устройства 13 - единичный уровень напряжения, т.е. сигнал обнуления триггеров делителя частоты отсутствует и ИС КНЧ находится в режиме управления часовым шаговым двигателем либо ЖК-ин-

дикатором.

Замкнутое состояние кнопки 1 вызывает блокировку триггеров делителя частоты ИС, что используется в ре513

жиме хранения часов с подключенной батарейкой для снижения токового потребления. При этом управляющий р-ка- нальный транзистор 14 открыт напряжением на выходе 9 устройства и через него течет ток стока нагрузочного транзистора 15. На выходе инвертора 6 - минусовый уровень напряжения, транзистор 4 заперт. На выходе 13 устройства - нулевой уровень напряжения, соответствующий сигналу обнуления счетчиков делителя частоты по входам R.

Рассмотрим теперь переходный про- цесс снятия сигнала начальной установки (фиг. 3) после того, как произошло размыкание кнопки 1 в момент tj. Ток стока нагрузочного транзистора I,j, протекая через управляющий р-канальный транзистор 14, заряжает входную монтаткную емкость устройства С р до уровня напряжения запирания транзистора 14 по истоку, которое является порогом выключения устрой- ства.

Уровень запирания транзистора 14 определяется выражением

и . . y,s

Вы кг I +

где р - пороговое напряжение р-канального транзистора; Ч - коэффициент влияния подложки. После запирания транзистора 14 отпирается инвертор 6 и нулевой уровень напряжения на его выходе отпирает нагрузочный транзистор 4 обратной связи. После этого емкость С в заряжается до минусового уровня батарейного питания ИС. Входная монтажная емкость Cg на два порядка больше, чем внутренние узловые емкости ИС КНЧ, поэтому время задерж ки выключения устройства целиком определяется временем заряда входной

монтажной емкости С величины и

вх

током 1.- до

еыкп

Минимально необходимый уровень тока нагрузочного транзистора 15 определяется выражением

т S. У . ±.

)5 - t

АОЛ

где 1др„ - дополнительная задержка

выключения устройства. В известной схеме порог выключения устройства и . определяется

порогом яапирания р-канального транзистора в инверторе

и

вы кп

Е,,, - и.,.

Величина U

в ы к л.

(2-3) и,

следовательно, ток нагрузочного транзистора требуется в 2-3 раза больше.

Формула изобретения

Формирователь сигнала начальной установки делителя частоты кварцевых наручных часов, содержащий кнопку начальной установки, включенную между входом формирователя и общей шиной, и п-канальный нагрузочный транзистор обратной связи, включен- ньш своей выходной цепью между входом формирователя и минусовой шиной источника питания, а затвором - к выходу первого КМОП-инвертора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребления тока, в него введены стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя с внутренними опорными элементами и п-ка- нального транзистора - регулятора тока нагрузки интегральной схемы с резистором, второй КМОП-инвертор, р-канальный управляющий транзистор и нагрузочный п-канальный транзистор, причем минусовая шина источника питания через резистор соединена с истоком нагрузочного п-канального транзистора и с истоком п-канального транзистора - регулятора тока нагрузки, затвор кот орого подключен к выходу усилителя и к затвору нагрузочного п-канального транзистора, а сток - к затвору управляющего р-ка- нального транзистора и к первому входу питания усилителя, вторым входом соединенного с вторым входом питания с общей шиной, к которой подключена подложка управляющего р-ка- нального транзистора, истоком соединенного с входом формирователя, а стоком - с вх-одом первого КМОП-инвертора и ей стоком нагрузочного п-канального транзистора, подложка которого подключена к подложке п-канального транзистора-регулятора тока нагрузки и к минусовой шине источника питания, при этом выход первого КМОП-инвертора подключен через второй КМОП-инвертор к выходу начальной установки формирователя.

ipai.J

Составитель М, Хаустов Редактор Л. Гратилло Техред И.Попович Корректор В. Гирняк

Заказ 6608/40 Тираж 373Подписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делан изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области часовых ИС. Цель изобретения уменьшение потребляемого тока. Для этого в состав стабилизатора 7 входят усилитель 8 с внутренними опорными элементами, п-кайальный транзистор 10, регулятор тока нагрузки ИС с резистором 11. Ток статора транзистора 10 не зависит от разброса пороговых напряжений, т.е. транзистор 10 является генератором тока. Режим генератора тока обеспечивается управлением затворным напряжением транзистора 10 с помощью усилителя 8 и резистором I1 в истоковой цепи транзистора 10, который всегда работает в пологой области характеристик. 3 ил. S