Кварцевый генератор

)5 Н 03 В 5/3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ние "Мини С,П.Ш электроннои вано в элекствах, рабоиков тока в бления энерется пов- ыовышенеаей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Производственное обьедиский часовой завод"(56) Авторское свидетельство СМ 1661965, кл. Н 03 В 5/36, 19(57) Изобретение относится ктехнике и может быть использотронных часах и других устройтающих от автономных источнусловиях минимального потрегии, Целью изобретения являшение стабильности и и-Ь надежности. Кварцевый генератор содержит первый М-канальный и первый Р-канальный транзисторы 1, 2, первый и второй конденсаторы 3, 4, кварцевый резонатор 5, третий и четвертый конденсаторы 6, 7, второй М-канальный и второй Р-канальный транзисторы 8, 9, третий и четвертый Р-канальные транзисторы 10, 11.третий, четвертый и пятый М-канальные транзисторы 12, 13, 14, пятый Р-канальный транзистор 15, шестой К-канальный и шестой Р-канальный транзисторы 16, 17, В кварцевом генераторе повышение стабильности и надежности достигается эа счет снижения влияния разброса технологических параметров элементов путем использования глубокой отрицательной обратной связи, 2 ил,10 30 40 45 50 Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах и других устройствах, работающих от автономных источников тока в условиях минимального потребления энергии,Цель изобретения - повышение надежности работы за счет снижения влияния разброса технологических параметров на стабильность характеристик генератора.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема генератора; на фиг, 2 - графики изменения напряжений в установившемся режиме автоколебаний, полученные в результате расчета генератора с помощью системы аналогового моделирования "ЯРСЕ",Кварцевый генератор содержит первый К-канальный транзистор 1, исток которого подключен к шине питания, первый Р-канальный транзистор 2, исток которого подключен к общей шине, первый и второй конденсаторы 3, 4, первые выводы которых подключены к затворам соответственно первого М-канального транзистора и первого Р-канального транзистора, кварцевый резонатор 5, третий конденсатор б который включен между первым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, четвертый конденсатор 7, который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, второй М-канальный транзистор 8, исток которого подключен к шине питания, второй Р-канальный транзистор 9, исток которого подключен к общей шине, а сток подключен к стоку второго М-канального транзистора, третий 10 и четвертый 11 Р-канальные транзисторы, затворы которых подключены к шине питания, третий 12 и четвертый К-канальные транзисторы 13 затворы которых подключены к общей шине, при этом истоки четвертого Р-канального транзистора и четвертого М-канального транзистора подключены к второму выводу кварцевого резонатора, пятый 14 и шестой М-канальные транзисторы 15, пятый 5 Р и шестой бР Р-канальные транзисторы 1 б, 17,Кварцевый генератор работает следующим образом.В первый момент после включения источника питания конденсатор 7 разряжен, т,е. потенциал истока Р-канального транзистора 11 равен нулю, Подключение затвора этого транзистора к шине питания (-Оп) обеспечивает его открытое состояние. При этом, нулевой потенциал через транзистор 11 подается на затворы И-канальных транзисторов 1 и 8, чем обеспечивается их проводящее состояние. Через транзистор 1 происходит быстрый заряд конденсатора б, Через транзистор 8 потенциал источника подается к истоку И-канального транзистора 12. Подключение затвора этого транзистора к общей шине обеспечивает его открытое состояние и через транзисторы 8,12, 11 происходит заряд конденсатора 7, По мере заряда конденсатора 7 возрастает разность потенциалов затвор-исток М-канального транзистора 13 и при достижении порогового значения последний открывается и на затворы Р-канальных транзисторов 1, 9 подается потенциал конденсатора 7, Так как транзисторы 1, 2, 8 и 9 представляют собой согласованные пары, то после окончания переходных процессов напряжения на конденсаторах б, 7 стоках транзисторов 8, 9 (выход генератора) и затворах транзисторов 1, 2, 8, 9 будет равным Оп/2. При этом конденсаторы 3, 4 разряжены. Таким образом, создаются условия для возбуждения генератора. Колебания, возникающие за счет флуктуационных явлений, передаются с конденсатора 7 через короткоканальные транзисторы 14, 16 и конденсаторы 3, 4 на затворы транзисторов 1,2, 8, 9. Для обеспечения надежного запуска генератора транзисторы 1, 2 выбираются достаточно мощными (Ю/ 3), После запуска генератора через К-канальный транзистор 15 происходит постепенный заряд конденсатора 3, транзистор 15 будет находиться в проводящем состоянии при потенциале его источника (выход генератора) отрицательнее потенциала затвора на величину пороговогс напряжения, т.е. в процессе колебаний по. тенциал верхней по схеме обкладки конден сатора 3 относительно потенциала шинь питания достигает значения порогового на пряжения К-канального транзистора пр условии полного размаха колебаний на вы ходе генератора, Аналогично, через Р-ка нальный транзистор 17 происходи 1 постепенный заряд конденсатора 4, Тран зистор 17 будет находиться в проводящеь состоянии при потенциале его источник; (выход генератора) положител ьнее потен ци ала затвора на величину порогового напря жения, т.е, в процессе колебаний потенциа; нижней по схеме обкладки конденсаторадостигнет значения порогового напряжени Р-канального транзистора,Таким образом, независимо от разбро са технологических параметров, в устано вившемся режиме автоколебаний, рабочи точки транзисторов 1, 8, 2, 9 устанавливают ся на их пороговые значения, чем исключа ется протекание сквозных токов в процесс переключения транзисторов, Транзисторь 1, 2 выбираются достаточно мощными, поэ55 тому для экономичной работы генератора амплитуда отпирающей полуволны колебаний на затворах этих транзисторов должна быть уменьшена, С этой целью в схеме предусмотрены цепи отрицательной обратной связи раздельного управления формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 и 2, 9, Цепь управления формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 состоит из транзисторов 11, 12, 14 и конденсатора 3, Принцип действия отрицательной обратной связи (управления формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 заключается в одновременной подаче сигнала с выхода генератора через транзистор 12 и сигнала положительной обратной связи с четырехполюсника обратной связи (конденсатора 7) через транзистор 11 и последовательно включенные транзистор 14 и конденсатор 3 на затворы транзисторов 1, 8, При этом форма сигнала на затворах транзисторов 1, 8 будет определяться соотношение сопротивлений транзистор 12 - цепь, транзистор 14 - конденсатор 3. Транзисторы 11, 12 выбираются длинноканальными, а транзистор 14 - короткока нал ьн ы м.Рассмотрим работу схемы отрицательной обратной связи с момента времени изменения напряжения на выходе генератора от -О/2 до -О (кривая 1, фиг, 2). При этом напряжение на конденсаторе 7(кривая 2, фиг. 2) уменьшается по модулю. Напряжение затвор-исток транзистора 3 увеличивается, его сопротивление уменьшается и достигает минимального значения при потенциале истока равным -О, Напряжение затвор-исток транзистора 14 уменьшается, его сопротивление растет и достигает максимального значения (транзистор закрыт) при напряжении затвор-исток менее порогового напряжения К-канального транзистора, Напряжение затвор-исток транзистора 11 увеличивается, его сопротивление уменьшается и достигает минимального значения при минимальном по модулю напряжении на конденсаторе 7. Так как транзистор 11 длинноканальный, а транзистор 14 короткоканальный, то общее сопротивление параллельно включенных транзистора 11 - цепь, транзистор 14 - конденсатор 3, будет возрастать. В этом случае действие отрицательной обратной связи усиливается, Путем соответствующего выбора соотношений геометрии транзисторов 11, 12 обеспсчивается увеличение по модулю напряжения на затворах транзисторов 1, 8 в отличие от сигнала на конденсаторе 7 где напряжение по модулю снижается.При изменении напряжения на выходе генератора от -О, до -О/2 напряжение на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 конденсаторе 7 увеличивается по модулю. При этом сопротивление транзисторов 12, 11 увеличивается, сопротивление транзистора 14 уменьшается (при напряжении затвор-исток более его порогового значения он открывается). Общее сопротивление параллельно включенных транзистора 11 - цепь, транзистор 14 конденсатор 3, снижается за счет короткоканального транзистора 14. В этом случае действие отрицательной обратной связи ослабевает и приведет к снижению по модулю напряжения на затворах транзисторов 1, 8, Так как уровень рабочей точки транзисторов 1, 8 относительно потенциала шины питания соответствует их пороговому напряжению, то описанный ранее процесс должен обеспечить два импульса, отпирающих транзисторы 1, 8 при возрастании по модулю выходного напряжения генератора от -О/2 до -Оп и снижении до -О/2. Оба импульса действуют в течение открытого состояния короткоканального транзистора 14. Однако в кварцевых КМОП генераторах напряжение на выходе КМОП инвертирующего усилителя сдвинуто по фазе относительно напряжения на его входе на угол более 180, Этот факт подтверждается расчетами (на фиг, 2 очевидно смещение кривой 1 относительно кривой 2 более, чем на 180). В результате этого, действие отрицательной обратной связи (изменение сопротивления транзистора 12) запаздывает по времени, что увеличивает длительность первого отпирающего импульса и исключает действ е второго отпирающего импульса на затворах транзисторов 1, 8 (кривая 3, фиг. 2). При этом величина отпирающего импульса будет оп-. ределяться амплитудой выходного напряжения генератора и амплитудой колебаний напряжения на конденсаторе 7. Если амплитуда выходного напряжения генератора возрастает. то действие отрицательной обратной связи усиливается, что приведет к снижению амплитуды отпирающего напряжения. Если амплитуда напряжения на конденсаторе 7 будет снижаться, то время открытого состояния транзистора 14 увеличивается, что приведет к ослаблению действия отрицательной обратной связи и увеличению амплитуды отпирающего напряжения,Таким образом, в генераторе существенно снижено влияние разброса технологических параметров на надежность работы устройства за счет зависимости формы сигнала, отпирающего транзисторы 1, 8 от амплитуды выходного напряжения и амплитуды напряжения положительной об 1752379ратной связи четырехполюсника обратной связи.Во второй полупериод колебаний транзистор 14 постоянно открыт, что практически исключает действие отрицательной обратной связи, т,е. сигнал, запирающий транзисторы 1, 8 подается на их затворы без изменений с конденсатора 7,Аналогичным образом работает цепь управления формой сигнала на затворах транзисторов 2, 9 (кривая 4, фиг, 2), состоящая из транзисторов 10. 13, 16 и конденсатора 4.В генераторе обеспечивается повышение надежности работы за счет снижения влияния разброса технологических параметров на стабильность характеристик генератора, Регулируемая отрицательная обратная связь генератора обеспечивает надежный запуск и экономичный режим его работы. Формула изобретения Кварцевый генератор, содержащий первый К-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, первый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, первый и второй конденсаторы, первые выводы которых подключены к затворам соответственно первого К-канального транзистора и первого Р-канального транзистора, кварцевый резонатор, третий конденсатор, который включен между первым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, четвертый конденсатор, который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, второй К-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, второй Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, а сток которого подключен к стоку второго К-канального транзистора, третий и четвертый Р-канальные транзисторы, затворы которых подключены к шине питания, третий и четвертый К-канальные транзисторы, затворы которых подключены к общей шине, при этом истоки четвертого Р-канального транзистора и четвертого К-канального транзи стора подключены к второму выводукварцевого резонатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности и повышения надежности, введены пятый и шестой К-канальные транзисторы, 10 пятый и шестой Р-канальные транзисторы,при этом исток, сток и затвор пятого К-канального транзистора подключены соответственно к второму выводу кварцевого резонатора, к другому выводу первого кон денсатора и к общей шине, исток, сток изатвор пятого Р-канал ьного транзистора подключены соответственно к второму выводу кварцевого резонатора, второму выводу второго конденсатора и к шине 20 питания, исток, сток и затвор шестого К-канального транзистора соединены соответственно с истоком третьего К-канального транзистора, стоком третьего К-канального транзистора и с затвором второго К-каналь ного транзистора, который соединен с стоком шестого К-канального транзистора, с затвором первого К-канального транзистора и со стоком четвертого Р-канального транзистора, исток шестого Р-канального 30 транзистора соединен с истоками третьегоР-канального транзистора и третьего К-канального транзистора и со стоком второго Р-канального транзистора, затвор которого соединен с затвором и стоком шестого Р-ка нального транзистора, стоками третьего Рканального транзистора и четвертого К-канального транзисторов, затвором первого Р-канального транзистора, сток первого Р-канального транзистора соединен с 40 первым выводом кварцевого резонатора исо стоком первого К-канального транзистора, подложки всех Р-канальных транзисторов и подложки К-канальных транзисторов подключены соответственно к общей шине 45 и шине питания.1762379 оставитель С.Шацовехред М.Моргентал Корректор Т.Пали еда ктор роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 3264 Тираж ИИПИ Государственного ком 113035, МосПодписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС