Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы

(51) 4 С 05 Р 1/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Патент США Нф 4397563,кл. С 04 В 1/00, 1983.Авторское свидетельство СССР Р 1345165, кл, С 04 С 3/00, 1986(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ЧАСОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ (5) Изобретение относится к стабилизированным источникам питания и может быть использовано для создани автономных наручных часов. Цель изо ретения - расширение области устойЯО 1453378 чивои работы, обеспечение самозапускаи упрощение технологии изготовления.Цель достигается тем, что повьппениепотенциала на стоке транзистора 14приводит к быстрому подзаряду конденсатора 11. Транзистор 10 подзапирается, что приводит к уменьшению амплитуды выходного сигнала кварцевогогенератора, Это в свою очередь вызывает приоткрывание транзисторов 10 и14. При этом, если в силу воздействия дестабилизирующих Факторов произойдет изменение амплитуды выходногосигнала кварцевого генератора, то этоприведет к изменению запирающего напряжения на затворе транзистора 10 и.в результате амплитуда выходного сигнала генератора останется неизменной. 2 з.п. Ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля создания автономных наручных часов на КМОП-транзисторах с пониженным5потреблением энергии от батареиЦелью изобретения является расширение области устойчивой работы,обеспечение самозапуска и упрощениетехнологии изготовления. 10На фиг. 1 показана принципиальнаясхема устройства; на фиг, 2 - принципиальная схема стабилизатора с резисторами, выполненными в виде и-канальных транзисторов, на фиг, 3 -принципиальная схема стабилизаторас а-канальными транзисторами, включенными по схеме токового зеркала.Стабилизатор напряжения питаниячасовой интегральной схемы (фиг.1) 20состоит из кварцевого генератора,содержащего и- и р-канальные транзисторы 1 и 2, подстроечный конденсатор 3, резистор 4 обратной связи,кварцевый резонатор 5, выход 6 кварцевого генератора, блокирующий конденсатор 7, фаэосдвигающий конденсатор 8, а также из детектирующего диода 9, регулирующего и-канальноготранзистора 10 с первым интегрирующим конденсатором 11 и нагрузочнымрезистором 12, диода 13 утечки, усилительного р-канального транзистора14, резистора 15 смещения и второгоинтегрирующего конденсатора 16, шины3517 стабилизированного питания, общейшины 18 и шины 19 питания,К выходу 6 кварцевого генератораподключен анод детектирующего диода9, катод которого подключен к затвору р-канального транзистора 14 ик первым выводам второго интегрирующего конденсатора 16 и резистора 15смещения, вторые выводы которых подключены к шине 19 питания. Сток усилительного р-канального транзистора14 подключен к первому выводу нагрузочного резистора 12 и к катоду диода 13 утечки, а исток - к общей шине 18. Регулирующий и-канальный транзистор 10, сток и исток которого под 50ключены к шине 17 стабилизированногопитания 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 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 и-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 величинуУ= 0 + Уу., (1) где Б - напряжение на затворе транзистора 14;Ур - пороговое напряжение транзистора 2;0 - 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 выбира1, Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы, содержащий шину питания, общую шину и шину стабилизированного питания, кварцевый гене ратор, состоящий иэ п-канального и р-кацальцага транзисторов, кварцевого резонатора, подстроечного конденсатора и резцстара обратной связи, причем исток п-канальцага транзистора подключен к ишце стабилизированного питания, исток р-канального транзистора подключен к айшей шине, первые вывозы падстраечцага конденсатора резистора обратной связи и кварцецага резанатара И,е,01 цецы ц 145337 ется таким образам, чтобы действие подзапирающега напряжения распространялось на цесколько периодов генерируемой частоты 1 = КС = (5-50) Т5 так, чтобы в промежутках между выходными импульсами потенциал на затворе транзистора 14 существенно не менялся,Повышение потенциала на стоке транзистора 14 приводит к быстрому подэаряду емкости 11 через нагрузочный резистор 12 и диод 13 утечки, включенный в прямом направлении. П-канальный транзистор 10 п дэапирается, что приводит к понижению напряжения на шине, подключенной к истоку этого транзистора, а следовательно, к уменьшению амплитуды выходного сигнала генератора, что вызывает приоткрывание 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 ге нератора и т.д.),произойдет изменение амплитуды выходного. 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 отри 35 цательной обратной связи по выходному напряжению генератора, за счет которого осуществляется динамическая стабцлизация выходного напряжения стабилизатора на уровне, необхо димам для устойчивой работы генератора с минимальным током потребления.Если в силу каких-либо причин произойдет срыв колебаний генератора, открывающий потенциал на затворе тран 15 зистора 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 50 ниц уровня напряжения стабилизатора к затвору регулирующего транзистора 10 подключена интегрирующая цепь, состоящая из емкости 11, обратного сопротивления диода 13 и резистора 12.55Заряд конденсатора 11 происходит давольно быстра через резистор 12, а разряд ее црацсхалцт медленна (поЯрядка 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 шине 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: резистор на кармане (фиг. 1) резистор в виде длинного и-канального транзистора с постоянно открытым каналом (фиг, 2) и и-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 токозадающего транзистора, входящего в ГСТ,Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить область устойчивой работы генератора вшироком диапазоне изменений его электрических нагрузок; обеспечить надежный механизм самапуска генератора при включении питания и насильственном срыве его колебаний; обеспечить некритичность выходных параметров стабилизатора к разбрасам резисторов, входящих в устрацства, что упрощает технологические процессы при изготовлении схемы. Формула изобретения5 14533 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 фазосдвигающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, блокирующий конденсатор, первым выводом соединенный с шиной стабилизированного питания, вторые выводы блокирующего и подстроечного конденсато" ров подключены к общей шине, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области устойчивой работы, обеспечения самоэапуска и упрощения технологии изготовления, в него введены детектирующий диод, усилительный 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 и-каналь б ного транзистора и к первому выводу первого интегрирующего конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, а сток и исток регулирующего и-канального транзистора под ключены соответственно к шине стабилизированного питания и к шине питания, катод диода утечки подключен к первому выводу нагрузочного реэисто 78ра и к стоку усилительного р-канального транзистора, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к катоду детектирующего диода и первым выводам резистора смещения и второго интегрирующего конденсатора, вторые выводы которых и второй вывод нагруэочного резистора подключены к шине питания, при этом анод детектирующего диода подключен к объединенным стокам транзисторов кварцевого генератора. 2. Стабилизатор по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что нагрузочный резистор и резистор смещения выполнены в виде двух дополнительных и-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 и. 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в него введены генератор стабилизированного тока и опорный и-канальный транзистор, затвор которого соединен с истоком этого транзистора, с затворами дополнительных и-канальных транзисторов и подключен к первому выходу генератора стабилизированного тока, второй выход которого подключен к общей шине.145 3378 Составитель С.ЧернышеваТехред М.Ходанич Корректор В.Бутяга Редактор Л,Гратилло Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 7283/44 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС .РС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5