Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Советский патент 1989 года по МПК G05F1/10 

42ь С71

СО 00

|

00

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автономных наручных часов на КНОП-транзисторах с пониженным потреблением энергии от батареи .

Целью изобретения является расширение области устойчивой работы, обеспечение самозапуска и упрощение технологии изготовления.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема стабилизатора с резисторами, выполненными в виде п-ка- нальных транзисторов, на фиг. 3 - принципиальная схема стабилизатора с п-канальными транзисторами, включенными по схеме токового зеркала.

Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы (фиг.1) состоит из кварцевого генератора, содержащего п- и р-канальные транзисторы 1 и 2, подстроечный конденсатор 3, резистор 4 обратной связи, кварцевый резонатор 5, выход 6 кварцевого генератора, блокирующий конденсатор 7, фазосдвигающий конденсатор 8, а также из детектирующего диода 9, регулирующего п-канального транзистора 10 с первым интегрирующим конденсатором 11 и нагрузочным резистором 12, диода 13 утечки, усилительного р-канального транзистора 14, резистора 15 смещения и второго интегрирующего конденсатора 16, шины 17 стабилизированного питания, общей шины 18 и шины 19 питания.

К выходу 6 кварцевого генератора подключен анод детектирующего диода 9, катод которого подключен к затвору р-канального транзистора 14 и к первым выводам второго интегрирующего конденсатора 16 и резистора 15 смещения, вторые выводы которых подключены к шине 19 питания. Сток усилительного р-канального транзистора 14 подключен к первому выводу нагрузочного резистора 12 и к катоду диода 13 утечки, а исток - к общей шине 18. Регулирующий п-канальный транзистор 10, сток и исток которого подключены к шине 17 стабилизированного питания и шине 19 питания соответственно, а затвор подключен к аноду диода 13 и первому интегрирующему конденсатору 11, второй вывод которого подключен к общей шине 18.

Стабилизатор (фиг. 2) с резисторами 12 и 15, выполненными в виде

o

5

0

5

0

п-канальных транзисторов 20 и 21, затворы которых -подключены к общей шине 18, истоки - к шине 19 питания, а стоки этих транзисторов подключены к катодам диода 13 утечки и детектирующего диода 9 соответственно.

Стабилизатор (фиг. 3) с п-канальными транзисторами, включенными по схеме токового зеркала, причем затворы транзисторов 20 и 21 объединены и подключены к выходу генератора 22 стабилизированного тока (ГСТ), затвор и сток транзистора 23 соединены между собой и подключены также к выводу ГСТ 22, а исток подключен к шине 19 питания.

Стабилизатор работает следующим образом.

При включении напряжения питания по шинам 18 и 19 питания на затвор р-канального транзистора 14 через резистор 15 смещения подается отпирающее напряжение, определяемое суммой порогового напряжения р-канального транзистора 2 и падением напряжения на диоде 9, таким образом обеспечивается надежное отпирание транзистора 14.за счет превышения- над пороговым напряжением на величину

5

0

5

0

5

где Uj.

и„

и Ue-b

и

(1)

напряжение на затворе транзистора 14;

пороговое напряжение транзистора 2;

падение напряжения на диоде 9.

Отпирание транзистора 14 приводит к полному отпиранию транзистора 10, на затворе которого оказывается потенциал, близкий к нулевому. Вследствие этого практически полное напряжение питания Е подается на кварцевый генератор, что приводит к возникновению генерации. Сигнал с выхода кварцевого генератора 6 подается на детектирующий диод 9, нагрузкой которого является резистор 15 смещения и интегрирующий конденсатор 16. С помощью этой цепи происходит выделение из выходного сигнала генератора постоянной составляющей положительной полярности, что приводит к понижению потенциала на затворе р-канального транзистора 14 и подзапиранию его. Постоянная времени цепи детектора определяется величинами резистора 15 смещения, конденсатора 16 и выбира3

1

ется таким образом, что(3ы действие подзапирающего напряжения распространялось на несколько периодов гене- . ,рируемой частоты f RC (5-50) Т так, чтобы в промежутках между выход ными импульсами потенциал на затворе транзистора 14 существенно не менялс Повышение потенциала на стоке тразистора 14 приводит к быстрому под- заряду емкости 11 через нагрузочный резистор 12 и диод 13 утечки, включенный в прямом направлении. П-канал ный транзистор 10 niдзапирается, что приводит к понижению напряжения на шине, подключенной к истоку этого транзистора, а следовательно, к уменьшению амплитуды выходного сигнала генератора, что вызывает приоткры вание транзисторов 14 и 10 и увеличение напряжения на шине 17 выхода стабилизатора. При этом, если в силу воздействия каких-либо дестабилизи.- рующих факторов (изменение напряжения питания, изменение нагрузки генератора и т.д.).произойдет изменение амплитуды вькодного-сигнала генератора на выходе 6, то это приведет к изменению запирающего напряжения на затворе регулирующего транзистора 10, при этом амплитуда выходного сигнала генератора останется неизменной.

Описанный механизм взаимодействия определяется действием общей отрицательной обратной связи по выходному напряжению генератора, за счет которого осуществляется динамическая стабилизация выходного напряжения стабилизатора на уровне, необходимом для устойчивой работы генератора с минимальным током потребления. Если в силу каких-либо причин произойдет срыв колебаний генератора.

открывающий потенциал на затворе транзистора 14 увеличится и приведет в действие описанный механизм, в результате чего на шине 17 появится полное напряжение питания.

Для предотвращения низкочастотных паразитных колебаний при регулирова- НИИ уровня напряжения стабилизатора к затвору регулирующего транзистора 10 подключена интегрирующая цепв, состоящая из емкости 11, обратного сопротивления диода 13 и резистора 12.

Заряд конденсатора 11 происходит довольно быстро через резистор 12, а разряд ее ирпигхолит мeдлelп o (по

. -

30

35

0

рядка 3-5 с) через обратное сопротивление диода 13 и через стоковую цепь транзистора 14, находящегося в активном режиме. В процессе регулирования это приводит к быстрому уменьшению напряжения на щине 17 и к медленному его возрастанию, что приводит к подавлению паразитных колебаний, возникающих за счет переходных характеристик кварцевого резонатора.

Существует несколько способов реализации резисторов в интегральном исполнении в КМОП-технологии: резис- 15 тор на кармане (фиг. 1) резистор в виде ДЛИННОГО п-канального транзистора с постоянно открытым каналом (фиг. 2) и п-канального транзистора, включенного по схеме, выполненной в виде токового зеркала (фиг. 3). В последнем случае необходимо создание ГСТ, задающего необходимую величину тока в требуемом участке цепи. Величина этого тока в общем случае определяется соотношением размеров транзисторов, входящих в токовое зеркало, к размеру токозадаю- щего транзистора, входящего в ГСТ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить область устойчивой работы генератора в широком диапазоне изменений его электрических нагрузок; обеспечить надежный механизм самопуска генератора при включении питания и насильственном срыве его колебаний; обеспечить некритичность выходных параметров стабилизатора к разбросам резисторов, входящих в устройство, что упрощает технологические процессы при изготовлении схемы.

25

Формула изобретения

1. Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы, содержащий шину питания, общую шину и шину стабилизированного питания, кварцевый ген.-ратор, состоящий из п-канального и р-канального транзисторов, кварцевого резонатора, подстроечного конденсатора и резистора обратной связи, причем исток п-канального транзистора подключен к шине стабилизированного питания, меток p-KaH.iJTb- ного транзистора подключен к оОщей шине, первые выводы подстроечного конденсатора резистора оПратноп спязи и кварцевого резонато1)а оГп.гдшимп, и

подключены к объединенным затворам обоих транзисторов, вторые выводы резистора обратной связи и кварцевого резонатора соединены с объединенными стоками указанных транзисторов, куда также подключен первый вывод фазо- сдвигающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, блокирующий конденсатор, первым вы- водом соединенный с шиной стабилизированного питания, вторые выводы блокирующего и подстроечного конденсаторов подключены к общей шине, отличающийся тем, что, с целью расширения области устойчивой работы обеспечения самозапуска и упрощения технологии изготовления, в него введены детектирующий диод, усилительны р-канальный транзистор, нагрузочный резистор, резистор смещения, первый и второй интегрирующие конденсаторы, регулирующий п-канальный транзистор и диод утечки, анод которого подключен к затвору регулирующего -п-каналь ного транзистора и к первому выводу первого интегрирующего конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, а сток и исток регулирующего п-канального транзистора под- ключены соответственно к шине стабилизированного питания и к шине питания, катод диода утечки подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к стоку усилительного р-каналь- ного транзистора, исток которого подключен к общей щине, а затвор - к катоду детектирунмцего диода и первым выводам резистора смещения и второго интегрирующего конденсатора, вторые выводы которых и второй вывод нагрузочного резистора подключены к шине питания, при этом анод детектирующего диода подключен к объединенным стокам транзисторов кварцевого генератора.

2,Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что нагрузочный резистор и резистор смещения выполнены в виде двух дополнительных п-канальных транзисторов, затворы которых подключены к общей шине, истоки - к шине питания, а стоки - к катоду диода утечки и к катоду детектирующего диода соответственно.

3.Стабилизатор по п. 2, отличающийся тем, что в него введены генератор стабилизированного тока и опорный п-канальный транзистор, затвор которого соединен с истоком этого транзистора, с затворами дополнительных п-канальных транзисторов

и подключен к первому выходу генератора стабилизированного тока, второй выход которого подключен к общей шине.

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания и может быть использовано для создания автономных наручных часов. Цель изобретения - расширение области устойчивой работы, обеспечение самозапуска и упрощение технологии изготовления. Цель достигается тем, что повьппение потенциала на стоке транзистора 14 приводит к быстрому подзаряду конденсатора 11. Транзистор 10 подзапирает- ся,что приводит к уменьшению амплитуды выходного сигнала кварцевого генератора. Это в свою очередь вызывает приоткрывание транзисторов 10 и 14, При этом, если в силу воздействия дестабилизирующих факторов произойдет изменение амплитуды выходного сигнала кварцевого генератора, то это приведет к изменению запирающего напряжения на затворе транзистора 10 и В результате амплитуда выходного сигнала генератора останется неизмен- . ной. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. S (Л

0t/e.Z