Формирователь сигнала начальной установки делителя частоты кварцевых наручных часов

(51) 4 С 04 С 17/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА НАЧАЛЬНОИ УСТАНОВКИ ДЕЛИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВЫХ НАРУЧНЫХ ЧАСОВ(57) Изобретение относится к области часовых ИС. Цель изобретения -уменьшение потребляемого тока. Дляэтого в состав стабилизатора 7 входят усилитель 8 с внутренними опорными элементами, и-каиальный транзистор 10, регулятор тока нагрузкиИС с резистором 11Ток статора транзистора 10 не зависит от разбросапороговых напряжений, т.е. транзистор 1 О является генератором тока.Режим генератора тока обеспечиваетсяуправлением затворным напряжениемтранзистора 10 с помощью усилителя8 и резистором 11 в истоковой цепитранзистора 1 О, который всегда работает в пологой области характеристик,3 ил.365041 2ре 19. В качестве внутренних опорных элементов выступают здесь пороговые напряжения р- и и-канальныхтранзисторов 16 и 9.Устройство функционирует следующим образом.При подключении источника питанияк выводам 2 и 5 на выходе 9 устройства устанавливается стабилизированное напряжение Ц , величинакоторого в современных ИС КНЧ принимает одно из значений в пределах отмаксимального из пороговых напряже 1 с ний р- или п-канального транзисторовЦпор макс до СуммЫ ПорОГОВЫХ Налряжений этих транзисторов (Цр+Ц) 35 = 2 су Ц.,где С40у уф и 1 + 1г 2 Нелнск, э 1 1Изобретение относится к областичасовых ИС и может быть использованов кварцевых наручных часах (КНЧ).Целью изобретения является уменьшение потребляемого тока,На фиг. 1 представлена схема формирователя сигнала начальной установки делителя частоты КНЧ; нафиг, 2 - схема усилителя с внутренними опорными элементами; на фиг. 3 -эпюры напряжений в узлах устройства.Схема формирователя сигнала начальной установки делителя частотыКНЧ (фиг. 1) состоит из кнопки 1начальной установки, включенной между общей шиной 2 и входом 3 устройства, и-канального нагрузочного транзистора 4 обратной связи, включенного своей выходной цепью между входом 3 и минусовой шиной 5, источникапитания, а затвором - к выходу первого КМОП-инвертора 6. В состав стабилизатора 7 напряжения входят усилитель 8 с внутренними опорными элементами, один из входов которого подключен к общей шине 2, а другой - квыходу 9 стабилизированного напряжения; и-канальный транзистор 10 - регулятор тока нагрузки интегральнойсхемы с резистором 11, связывающимисток этого транзистора с минусовойшиной 5, источника питания, причемток транзистора 1 О подключен к выходу 9 стабилизированного напряжения, а затвор - к выходу усилителя 8.Второй АКОП-инвертор 12 подключенмежду выходом первого инвертора 6 ивыходом 13 начальной установки устройства, Управляющий р-канальныйтранзистор 14 подключен истоком квходу 3 устройства, подложкой - кобщей шине 2, затвором - к выходу 9стабилизированного напряжения устройства, а стоком - к стоку нагрузочного и-канального транзистора 15и к входу первого КМОП-инвертора 6.Исток, подложка и затвор нагрузочного транзистора 15 соединены с соответствующими электродами транзистора О - регулятора тока нагрузки ИС,Схема усилителя 8 с внутреннимиопорными элементами (фиг. 2) состоит из делителя напряжения на р"канальном транзисторе 16 в диодномрежиме и резисторе 17 и инвертирующего усилителя на р"канальном транзисторе 18 и и-канальном транзисто( Ц Ц +Цпор ма кс - стае - р т)фКонкретное значение напряженияна выходе стабилизатора определяется компромиссом между требованием минимизации токового потребления кварцевого генератора и высокочастотных 25 счетчиков делителя частоты и требованием к злектрофизическим параметрам элементов схемы.В часовой ИС со стабилизаторомнапряжения ток, потребляемый схемой, З 0 является величиной постоянной, независящей от напряжения питания и пороговых напряжений транзисторов.Ток, потребляемый делителем частоты, определяется выражением- узловая емкость на выходах триггеров; частоты работы триггеров делителя с первого высокочастотного Е до и-низкочастотного Е;напряжение на выходестабилизатора.Ток кварцевого генератора 1 состоит из двух составляющих, каждая из которых является величиной, не зависимой от напряжения питания где 1 - ток первой гармоники (гар-моническая составляющаявыходного тока генераторного каскада);Ц стае1Ф2 экие-л ЕыХко где ы,=2 частота кварцевого генератора;5 выходная емкость квар" цевого генератора; динамическое сопротивление кварцевого резо 1 О натора;ток нелинейных искажений, возникающий за счет перезаряда нагрузочной емкости Генера торного каскада высокочастотными гармониками выходного тока. Ьых нел. иск С еых 1 нел. исксоС наго СвУ стоБ ф 20 СоСогде С = С +наст еых С + С то ох где СБ и Со выходная и входная емкости кварцевого генератора(емкостной трехточки);статическая ем 30 кость кварцевогорезонатора. Таким образом Г СТОБ где К, - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров кварцевого резонатора, емкостей генератора,геометрии транзисторов генераторного усилителя. 40 Во время действия начальной установки ток стока транзистора 10 является Суммой токов 1, + 1. Величина этого тока не зависит от напряже" ния батарейного питания Е, т .Технологический разброс пороговых напряжений Ут и 1 транзисторов связан, в основном, с изменением заряда поверхностных состояний, который вызван технологическим загрязнением поверхности кремния и действует та 50 Ток 1 у, потребляемый усилителем 8, определяется сопротивлением резистора 17, пороговым напряжением Ут и напряжением 0ста Б 45У стао - 13 р1 - 2у тт ким образом, что при изменении каждого из типов пороговых напряжений сумма 0 с и ) остается постоянной. Поэтому величина 0, Б остается постоянной и не зависит от разброса пороговых напряжений обоих типов транзисторовТаким образом, ток стока транзистора 10 не зависит от разброса пороговых напряжений, те. транзистор 10 является генератором тока. Режим генератора тока обеспечивается управлением затворным напряжением этого транзистора с помощью усилителя 8 и резистором 11 в истоковой цепи этого транзистора. Транзистор О работает всегда в пологой области характеристик.Нагрузочный и-канальный транэис" тор 15, включенный всеми своими электродами, кроме стока, параллельно транзистору 10, является трансформатором тока. Ток, протекающий через этот транзистор, определяется соотношением размеров канальной части транзисторов 10 и 15151 о1 = 1о1 5Ю 15где И и 1. - ширина и длина каналасоответствующего транзистора,Разомкнутое состояние кнопки 1соответствует эксплуатационному режиму работы ИС КНЧ. При этом управляющий р-канальный транзистор 14 заперт по истоку, на входе первогоинвертора 6 - отрицательный (единичный) уровень напряжения, поддер"живаемый открытым р-канальным нагрузочным транзистором 15. На выходе инвертора 6 - нулевой уровеньнапряжения, отпирающий нагруэочныйр-канальный транзистор 4 обратнойсвязи. На входе Э устройства - единичный уровень напряжения, поддерживаемый открытым нагрузочным транзистором 4 обратной связи, Инвертор12 закрыт, и на выходе устройства13 - единичный уровень напряжения,т,е, сигнал обнуления триггеров де"лителя частоты отсутствует и ИС КНЧнаходится в режиме управления часовым шаговым двигателем либо ЖК-индикатором.Замкнутое состояние кнопки 1 вызывает блокировку триггеров делителя частоты ИС, что используется в ре 5 136 жиме хранения часов с подключенной батарейкой для снижения токового потребления. При этом управляющий р-канальный 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 К.Рассмотрим теперь переходный процесс снятия сигнала начальной установки (фиг. 3) после того, как произошло размыкание кнопки 1 в момент Се, Ток стока нагрузочного транзистора 1 протекая через управляющий р-канальный транзистор 14, заряжает входную монтажную емкость устройства Сдо уровня напряжения запирания транзистора 14 по истоку, которое является порогом выключения устройства.Уровень запирания транзистора 14определяется выражениемП ГТОБ ПРБвы к в Ф где р - пороговое напряжение р-канального транзистора;коэффициент влияния подложки,После эапирания транзистора 14 отпирается инвертор 6 и нулевой уровень напряжения на его выходе от" пирает нагруэочный транзистор 4 обратной связи. После этого емкость Сзаряжается до минусового уров" ня батарейного питания ИС, Входная монтажная емкость Св на два порядка больше, чем внутренние узловые емкости ИС КНЧ, поэтому время задержки выключения устройства целиком определяется временем заряда входной монтажной емкости С е током 1, до величины ПеыквМинимально необходимый уровень тока нагрузочного транзистора 15 определяется выражениемП еыке Сею1Ю15фАоегде С , - дополнительная задержкавыключения устройства.В известной схеме порог выключения устройства П , определяется10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 РВеличина П , = (23)вы к в,а 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 и-канальный нагрузочный транзистор обратной связи, включенный своей выходной цепью между входом формирователя и минусовой шинойисточника питания, а затвором - квыходу первого КМОП-инвертора, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения потребления тока,в него введены стабилизатор напряжения, состоящий из усилителя с внутренними опорными элементами и и-канального транзистора - регуляторатока нагрузки интегральной схемы срезистором, второй КМОП-инвертор,р-канальный управляющий транзистори нагрузочный и-канальный транзистор, причем минусовая шина источника питания через резистор соединенас истоком нагрузочного и-канальноготранзистора и с истоком и-канальноготранзисторарегулятора тока нагрузки, затвор которого подключен к выходу усилителя и к затвору нагрузоч"ного п-канального транзистора, асток - к затвору управляющего р-канального транзистора и к первомувходу питания усилителя, вторым входом соединенного с вторым входом питания с общей шиной, к которой подключена подложка управляющего р-канального транзистора, истоком соединенного с входом формирователя, астоком - с входом первого КМОП"ин"вертора и со стоком нагрузочногои-канального транзистора, подложкакоторого подключена к подложкеи-канального транзистора-регуляторатока нагрузки и к минусовой шинеисточника питания, при этом выходпервого КМОП-инвертора подключенчерез второй КМОП-инвертор к выходуначальной установки формирователя,1365041 Фи. ЮСоставитель М. ХаустовТехред И. Попович рректор В. Гирняк Редакто ратил аз 6608/ Подписи Проектная, 4 твенно-полиграфическое предприятие, г, Ужгоро рои 40 Тираж 373 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра комитета СССРи открытий ская наб., д. 4/