Кварцевый генератор Советский патент 1991 года по МПК H03B5/36 

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

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных колебаний.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема кварцевого генератора; на фиг.2 - вариант выполнения формирвоателя опорных напряжений; на фиг.З - графики, поясняющие принцип действия кварцевого генератора.

Кварцевый генератор содержит инвертирующий усилитель 1, n-канальный МОП- транзистор 2, р-канальный МОП-транзистор 3. первый 4 и второй 5 конденсаторы, кварцевый резонатор 6, формирователь 7 пороговых напряжений.

Формирователь 7 содержит п-канальный МОП-трангистор 8. р-канальный МОПтранзистор 9, первый 10 и второй 11 транзисторы тока.

Инвертирующий усилитель 1 содержит л-канальный МОП-транзистор 12 и р-канальный МОП-транзистор 13.

Кварцевый генератор работает следующим образом.

Характерными режимами работы кварцевого генератора являются (см фиг.З) режим запуска I и режим стационарных колебаний П.

При подключении источника питания и при любом изменении напряжения питания стоковые напряжения р-канального МЛП- транзистора 9 и n-канального МОП-транзистора 8 формирвоателя 7 не изменяются.

В первый момент после подключения источника питания первый конденсатор 4 разряжен, на входе кварцевого генератора

с

4 О СЛ Ч) О

потенциал общей шины, р-канальный МОП- транзистдр 13 инвертирующего усилителя 1 заперт, n-канальный МОП-транзистор 12 инвертирующего усилителя 1 открыт, на выходе инвертирующего усилителя 1 - напряжение -Е.

При этом р-канальный МОП-транзистор 3 заперт по истоку, а n-канальный МОП- транзистор 2 открыт напряжением на его затворе. Ток стока n-канального МОП-транзистора 2 заряжает первый конденсатор 4 до тех пор, пока напряжение на входе инвертирующего усилителя 1 не станет равным пороговому напряжению р-канального МОП-транзистора 13 инвертирующего усилителя 1. В этот момент инвертирующий усилитель 1 оказывается-в линейном режиме, а n-канальный МОП-транзистор 2 мгновенно запирается. Инвертирующий усилитель 1 в линейном режиме имеет большой коэффициент усиления по напряжению (порядка 100-20.0). Шунтирующий эффект от элементов обратной связи для инвертирующего усилителя 1 и кварцевого резонатора 6 отсутствует, поскольку n-канальный МОП- транзистор 2 и р-канальный МОП-транзистор 3 заперты напряжением на их истоках.

Напряжение на выходе инвертирующего усилителя 1, отличающееся от напряжения 0 или -Е всего лишь на величину 30-50 мВ, запирает n-канальный МОП- транзистор 2 и р-канальный МОП-транзистор 3.

В кварцевом генераторе начинает развиваться колебательный процесс с нарастающей амплитудой колебаний. Наконец, кварцевый генератор выходит в стационарный режим колебаний, где двойная амплитуда колебаний на выходе равна Е.

На фиг.З приведены эпюры входного и .выходного напряжений кварцевого генератора в процессах запуска и выхода в режим стационарных колебаний.

В режиме II стационарных колебаний на входе инвертирующего усилителя 1. сигнал имеет, как правило, синусоидальную форму, а на выходе - прямоугольную или трапецеидальную, При открытом р-канальном МОП- транзисторе 13 инвертирующего МОП-усилителя 1 и запертом п-канальном МОП-транзисторе 12 инвертирующего МОП-усилителя 1 открыт р-канальный МОП- транзистор 3, а в противоположном состоянии инвертирующего усилителя 1 открыт n-канальный МОП-транзистор 2.

Одним из условий устойчивости стационарного режима колебаний кварцевого генератора является стабилизация рабочей точки инвертирующего усилителя 1 по входу, вокруг которой и происходят колебания.

В свою очередь, условием стабильности рабочей точки по входу усилителя 1 является равенство О изменения напряжения на первом конденсаторе А за два такта (один

период) колебаний кварцевого генератора 1. При равенстве токов соответственно п- канального МОП-транзистора 2 и р-канального МОП-транзистора 3 г з условию баланса соответсвтует равенство (длитель0 ности) тактов ti и ta. Если по какой-либо причине случилось так, что и 12, то и рабочая точка .инвертирующего усилителя 1 по входу смещается в направлении потенциала общей шины, что уменьшает длительности

5 первого такта ti и увеличивает длительность второго такта t2 до тех пор, пока не наступит выравнивание длительности этих тактов ti 12. Иногда эта автоматическая балансировка кварцевого генератора происходит

0 за несколько периодов.

Работа кварцевого генератора в режиме больших импульсных токов 2 и з позволяет сократить время ti и ta, в течение которого инвертирующий МОП-усилитель 1

5 находится в нелинейной области, тем а- мым приблизить форму выходного напряжения к синусоидальной и уменьшить паразитную мощность за счет искажения формы выходного напряжения.

0 В формирователе 7 пороговых напряжений вместо первого 10 и второго 11 генераторов тока могут использоваться либо резисторы, либо композиции транзисторов и резисторов, связанные по схеме, при5 веденной на фиг.2. Схема Скомпенсированного триггера (см. фиг.2), где положительная обратная связь (ОС) двух каскадов усиления скомпенсирована отрицательной ОС затвор-сток, исток-подложка

0 внутри каскадов, физически реализует наилучшим образом условные нагрузочные генераторы тока 10, 11 формирователя 7 опорных напряжений.

Формула изобретения

5 Кварцевый генератор, содержащий инвертирующий усилитель, который подключен между шиной питания и общей шиной, первый конденсатор, который включен между входом инвертирующего усилителя и об0 щей шиной, второй конденсатор, который включен между выходом инвертирующего усилителя и общей шиной, кварцевый резонатор, который включен между входом и выходом инвертирующего усилителя, п-ка5 нальный МОП-транзистор, сток и исток которого подключены соответственно к выходу и входу инвертирующего усилителя, р-канальный МОП-транзистор, сток и исток которого подключены соответственно к выходу и входу инвертирующего усилителя,

отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды выходных колебаний, в него введены формирователь пороговых напряжений, который выполнен на р-канальном МОП-транзисторе, исток и подложка которого подключены к общей шине, а сток и затвор через первый генератор тока - к шине питания, п-каналь- ном МОП-транзисторе, исток и подложка которого подключены к шине питания, а сток и затвор через второй генератор тока к

0

общей шине, при этом затвор р-канального МОП-транзистора подключен к стоку р-канального МОП-транзистора формирователя пороговых напряжений, затвор n-канального МОП-транзистора подключен к стоку n-канального МОП-транзистора формирователя пороговых напряжений, подложки n-канального МОП-транзистора и р-канального МОП-транзистора подключены соответственно к шине питания и общей шине.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных колебаний. Кварцевый генератор содержит инвертирующий усилитель 1, п-канальный МОП-транзистор 2, р-канальный МОП-транзистор 3, первый 4 и второй 5 конденсаторы, кварцевый резонатор 6 и формировтаель 7 пороговых напряжений. При этом частото- задающая цепь кварцевого генератора выполнена на конденсаторах 4 и 5 и кварцевом резонаторе 6. Транзисторы 2 и 3 включены в цепь отрицательной обратной связи инвертирующего усилителя 1. Пороговое напряжение на затворах транзисторов 2 и 3 задается формирователем 7 так, чтобы обеспечить стабилизацию амплитуды выходных колебаний за счет изменения сопротивления каналов транзисторов 2 и 3 при минимальном шунтировании кварцевого резонатора 6. 3 ил. сл с

фиг.1

1 In

I

|

.J

8

Г

I

n

Ю

IT..J

Фиг. I

ЬыхЗ t