Кварцевый генератор Советский патент 1991 года по МПК H03B5/36 

IfL

7

JU

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Цель изобретения - сокращение времени установления колебаний. Кварцевый генератор содержит n-канальные КМОП-транзисторы 1,7 и 9, р-канальные КМОП-тран- зисторы 2,8 и 10, конденсаторы (К) 3-5, кварцевый резонатор (КР)б.п-КА- нальный КМОП-транэистор 1 и р-ка- нальный КМОП-транзистор 2 образуют инвертирующий усилитель. Между выходом и входом его включена частотоза- дающая цепь, содержащая КР 6 и К 3 и 4 о п-Канальные КМОП-транзисторы 7 и 9, а также р-канальные КМОП-транзисторы 8 и 10 образуют элемент с электрическим управляемым сопротивлением, который включен параллельно КР 6. Сопротивление этого элемента в момент запуска минимально и возрастает по мере роста амплитуды колебаний. 1 ил. -Jh 3 (Л

to

пг

±5

8

1П

JS

i4

6

и

1

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах.

Цель изобретения - сокращение времени установления колебаний.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема кварцевого генератора.

Кварцевый генератор содержит первый n-канальный КМОП-транзистор 1, первый р-канальный КМОП-транзистор 2, первый, второй и третий конденсаторы 3-5, кварцевый резонатор 6, второй n-канальный КМОП-транзистор 7, второй р-канальный КМОП-транзистор 8, третий n-канальный КМОП-транзистор 9 , третий р-канальный КМОП-транэистор 10

Кварцевый генератор работает следующим образом.

В первый момент после включения источника питания первый, второй и третий конденсаторы 3-5 разряжены, что приводит к отпиранию второго, третьего р-канальных КМОП-транзисто- ров 8 и 10. Через первый п-каналь- ный КМОП-транзистор 1 происходит заряд второго конденсатора 4 и одновременно через второй, третий р-каналь- ные КМОП-транзисторы 8 и 10 - третьего конденсатора 5„ При достижении напряжения на втором и третьем конденсаторах А и 5, равного соответственно пороговым напряжением второго и третьего п-канальных КМОП-транзис- торов 7,9, последние открываются. При этом потенциалы нижней и верхней по схеме обкладок конденсатора 3 возрастают (по модулю), что приводит к отпиранию первого р-канального КМОП-транзистора 2. В статическом режиме напряжения на втором и третьем конденсаторах 4, 5 равны Un/2. При этом первый конденсатор 3 разряжен и созданы условия для запуска.

Для сокращения времени запуска генератора необходимо снижать добротность его колебательного контура. Однако при этом в стационарном режиме автоколебаний возрастает потребляемый ток с Для обеспечения быстрого запуска генератора и его энергетической эффективности в стационарном режиме автоколебаний добротность колебательного контура желательно снизить на стадии запуска и увеличить в установившемся режиме автоколебаний. Так как цепь, состоящая из последовательно включенных второго и

третьего n-канальных КМОП-транзисто- ров 7 и 9, соединена параллельно с цепью, состоящей из последовательно включенных второго и третьего р-канальных КМОП-транзисторов 8 и 10, то результирующее сопротивление, шунтирующее кварцевый резонатор 6 сравнительно небольшое (порядка 10-15 МОм), что снижает добротность колебательного контура. За счет флюктуационных явлений возникают автоколебания. Причем пока амплитуда колебаний напряжения на втором и третьем конденсаторах 4, 5 не превышает значения

0

5

0

5

0

5

где U.

0

5

U KI - |U0J - 1иор|)(1)

- напряжение источника питания;

U

и,

on

Р

пороговые напряжения соответственно п- и р-канального КМОП-транзисторов, второй и третий n-канальные КМОП- транзисторы 7 и 9, а также второй и третий р-канальные КМОП-транзисторы 8, 10 находятся в открытом состоянии, что обеспечивает снижение добротности колебательного контура и, следовательно, сокращает время запуска. По мере роста амплитуды колебаний напряжения на втором и третьем конденсаторах 4, 5fвторой и третий п-ка- нальные КМОП-транзисторы 7 и 9, а также второй и третий р-канальные КМОП-транзисторы 8, 10 подзакрываются каждую половину периода. Причем время закрытого состояния возрастает с ростом амплитуды колебаний напряжений на втором и третьем конденсаторах 4, 5. В результате среднее за период колебаний результирующее сопротивление, шунтирующее кварцевый резонатор 6, возрастает, что обеспечивает увеличение добротности колебательного контура и, следовательно, повышение энергетической эффективности генератора в установившемся режиме автоколебаний.

Кроме того, за счет заряда конденсатора 3 происходит смещение рабочих точек в околопороговую область, что исключает протекание сквозного тока.

На нижней по схеме обкладке первого конденсатора 3 накапливается положительный потенциал, а на верх ней - отрицательный, а переменная

составляющая напряжения третьего конденсатора 5 подается на затворы первого n-канального КМОП-транзисто- ра и первый конденсатор 3 и через открытый третий n-канальный КМОП-тра зистор 9 и первый конденсатор 3 во второй полупериод колебаний. В моменты, когда напряжение на третьем конденсаторе 5 изменяется в пределах

ki - Кп/, с2)

открыты третий р-канальный КМОП- транзистор 10 и третий п-канальный КМОП-транзистор 9 и происходит шунтирование первого конденсатора 3„ В установившемся режиме автоколебаний напряжение на первом конденсаторе 3 поддерживается постоянным, что обеспечивает необходимый уровень рабочих точек.

Формула изобретения

Кварцевый генератор, содержащий первый n-канальный КМОП-транзистор и первый р-канальный КМОП-транзистор стоки которых объединены, а истоки которых подключены соответственно к шине питания и общей шине, первый конденсатор, который включен между затворами первого р-канального КМОП- транзистора и первого п-канального КМОП-транзистора, второй конденса-

10

531266

тор, который включен между стоком первого n-канального КМОП-транзисто- |ра и общей шиной, третий конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, второй и третий ККОП- транзисторы, второй и третий р-ка- нальные КМОП-транэисторы, кварцевый резонатор, первый,вывод которого подключен к стоку первого р-канального КМОП-транзистора, а второй вывод которого подключен к второму выводу третьего конденсатора, отличающийся тем, что, с целью сок12 ращения времени установления колебаний, затворы второго и третьего р-ка- нальных КМОП-транзисторов объединены и подключены к шине питания, стоки второго и третьего р-канальньк

20 КМОП-транзисторов подключены к затвору первого р-канального КМОП-транзистора, затворы второго и третьего п-канальных КМОП-транзисторов объединены и подключены к общей шине, сто25 ки второго и третьего п-канальных

КМОП-транзисторов подключены к затвору первого n-канального КМОП-транзистора, истоки второго р-канального КМОП-транзистора и второго п-канальJQ кого КМОП-транзисторов объединены и подключены к стоку первого п-канального КМОП-транзистора, истоки третьего n-канального КМОП-транзистора и третьего р-канального КМОП-транзисторов объединены и подключены к второму

35

выводу кварцевого резонатора.