Входное устройство для электронных часов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) ц 5 НОЗКЗ НТ СССРИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ектронной электронГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГК РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЦХ ЧАСОВ(57) Изобретение относится к элтехниКе, в частности к цифровым ным часам, в том числе к наручным часам, электронным секундомерам, калькуляторам, имеющим низковольтное батарейное питание. Целью изобретения является повышение устойчивости функционирования электронных часов к воздействию одиночных электромагнитных импульсов разряда статического электричества путем регулирования входного импульса инвертора усидителя и подавления импульсных помех, а также повышение достоверности контроля тока потребления при рассогласовании уровней напряжения источника питания и выходных сигналов измерителя путем расширения диапазона низкого уровня входного сигнала. Входное устройство содержит1774471 Изобретение относится к электронной технике, в частности к цифровым электронным часам, в том числе наручным часам, электронным секундомерам, имеющим низковольтное батарейное питание.Широко известно, что для изменения показаний времени в электронных часах используются переключатели. При замыкании переключателя на общий вывод источника тока, которым, как правило, является положительная клемма источника питания электронных часов, на управляющий вход микросхемы часов подается нулевой потенциал. При размыкании переключателя на управляющем входе устанавливается отрицательный потенциал с помощью высокоимпедансного входного нагрузочного элемента, при этом должна обеспечиваться устойчивая работоспособность электронных часов, т.е, минимальное значение тока утечки по управляющему входу.Однако вследствие высокоимпедансного характера управляющего входа и использования новых пластических материалов корпуса часов на первый план выдвигаются две основные проблемы: обеспечение устойчивости функционирования электронных часов к воздействию статического электричества и повышенной влажности окружающей среды.Известно входное устройство (технический отчет по ОКР "Секунда 1", гос. М У 07069, с, 28), включающее источник входных сигналов управления, представляющий собой механический переключатель, схему защиты от пробоя, включающей защитный диод, формирователь двоичных логических сигналов, срдеркащий триггер анти- дребезга контакта, формирующий инвертор и и-канальный входной нагрузочи ый М ОП-транзистор, служащий для фиксации потенциала входа формирующего инвертора при разомкнутом переключателе.В данном входном устройстве управляющий вход переключателя соединен со стоковым электродом .и-канального входного последовательно соединенные источник 1 входных сигналов в виде переключателя, схему 2 защиты от пробоя, входной нагрузочный элемент 6, выполненный в виде и-канального МОП-транзистора, инвертор-усилитель 7 и формирователь 8 10 15 20 25 30 35 40 45 двоичных логических сигналов, В устройЭ ство введены согласующий элемент 5, выполненный в виде р-канального МОП-транзистора, детектор 12 изменения входного сигнала, таймерное устройство 13, 3 ил. нагрузочного МОП-транзистора и входом формирующего инвертора, истаковый электрод входного нагрузочного МОП-транзистора подключен к отрицательной клемме источника питания, а электрод затвора - к положительной клемме источника питания. Выход формирующего инвертора подключен к О-вхду триггера антидребезга, а тактирующие входы триггера антидребезга через два последовательно вклокоченных тактирующих инвертора связаны с выходом схемы синхронизации часов, выход триггера анти- дребезга подключается к блоку управления часов. В качестве диода, служащего для защиты схемы от воздействия статического. электричества отрицательного знака, используется пч-область стока п-канального транзистора,При замыкании переключателя на его управляющий вход подается нулевой потенциал и через и-канальный входной нагрузочный МОП-транзистор начинает течь ток, величина которого определяется параметрами транзистора.С другой сторонь 1, параметры транзистора должны быть выбраны такими, чтобы обеспечить перезаряд емкости контактной площадки микросхемы после размыкания переключателя. Таким образом, при замыкании переключателей в схеме часов начинает течь входной ток и схема потребляет энергию от источника питания, величина которой прямо пропорциональна. времени замыкания переключателя.В электронных наручных часах (ЭНЧ) с целью уменьшения потребляемой мощности используются два уровня напряжения питания, при этом низкийуровень напряжения питания подключается к той части схемы часов, которая работает на высокой частоте, высокий уровень напряжения питания - к схемам, формирующим сигналы управления сегментами индикатора, сигналы, управляющие звуковыми устройствами, и т.д.При использовании часовой БИС в составе ЭНЧ, выполняющих, например, функ 1774471ции калькулятора или будильника с музыкальным устройствам, БИС, имеющие различные уровни напряжения питания, могут быть подключены к одним и тем же переключателям. При этом в случае использования описанной схемы при отпущенной кнопке к входу схемы с более низким напряжением питания приложен более высокий отрицательный потенциал, который обеспечивает аналогичный и-канальный транзистор схемы с более высоким напряжением питания, Из-за разности напряжений питания в схеме с более низким напряжением питания через смещенный в прямом направлении диод, которым является сток и- канального транзистора, протекает значительный ток. Кроме того, более низкий потенциал на входе схемы с высоким уровнем напряжения питания может восприниматься этой схемой как замыкание переключателя, чта приводит к ложному срабатыванию.Таким образом, при использовании описанного входного устройства в электронных часах при использовании интегральных схем с различными уровнями напряжения питания требуются дополнительные согласующие элементы,. Использование даннога устройства не обеспечивает достоверный контроль тока потребления микросхем для электронных часов на измерителях, когда на управляющий вход входного устройства подаются как нулевые, так и отрицательные потенциалы, и рассогласование их уровней напряжения питания приводит к забракованию схем по току потребления. Наличие высокоимпедансного входного и-канального транзистора приводит к нестабильности работы в условиях повышенной влажности, что сказывается на точности электронных часов, а также приводит к сбою функционирования при воздействии электромагнитных импульсов разряда статического электричества.Известен твердотельный источник двоичных логических сигналов для электронных часов или аналогичных устройств (патент США М 4045692, кл. Н 03 К 3/353, 3/286, 17/04 6 04 С 3/00, опублик.30.08.77), включающий первый и второй источники напряжения. К первому источнику напряжения подключен входной резистор. С вторым источником напряжения соединен выключенный переключатель. К первому и второму источникам напряжения подключен вход первого инвертирующего усилителя соответственно через входной резистор и выключенный переключатель, На выходе первого усилителя появляется первое напряжение, равное напряжению второго источника напряжения, когда переключатель выключен. На выходе первого усилителя появляется второй уровень напряжения, равный напряжению первого ис точника напряжения, когда переключательвключен. Выход второго инвертирующего усилителя подключен к выходу первого инвертирующего усилителя. Между входом первого инвертирующего усилителя и выхо дом второго инвертирующего усилителявключен МОП-транзистор, электрод затвора которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя, МОП-транзистор, вклокоченный при появлении первого 15 напряжения на выходе первого усилителя,создает цепь с низким импедансом между входом первого усилителя и выходом второго усилителя, При включенном переключателе и появлении второго напряжения на 20 выходе первого усилителя МОП-транзисторвыключается при создании цепи с высоким импедансам между входом первого усилителя и выходам второго усилителя. Описанный выше источник двоичных логических 25 сигналов для электронных часов позволяетстабилизировать функционирование часов при открытом переключателе в условиях повышенной влажности.Однако наличие на управляющем входе 30 высокоимпеданснаго нагрузочного ре:истора снижает надежность работы источника двоичных логических сигналов в условиях сильных электромагнитных помех, возникающих в результате разряда статического 35 электричества, а также не обеспечивает достоверный контроль параметров, в частности тока потребления микросхемы, на измерительных системах при рассогласовании уровней первого и второго источников 40 напряжения.Известно входное устройство для электронных часов (патент Японии М 57-59689, кл. Н 03 К 17/687, 19/00, опублик. 16.12.82), включающее источник входных сигналов, 45 представленный в виде переключателя,схему защиты от пробоя, входной нагрузочный резистор, формирователь двоичных логических сигналов, между входом и выходом которого включен и-канальный 50 МОП-транзистор, Формирователь .двоичных логических сигналов включает два последовательно соединенных инвертора, при этом выход второго инвертора подключен к электроду стока п-канальнаго транзи стара, электрод затвора которогоподключен к выходу первого инвертора и входу второго инвертора, а электрод истока - к входу первого инвертора, формируя замкнутый контур. К входу первого инвертора подключены переключатель, связанный свысоким электрическим потенциалом, и резистор; второй вывод которого соединен с шиной низкого электрического потенциала, Когда переключатель замыкается на шину высокого потенциала, на входе первого и входе второго инверторов устанавливается высокий уровень. В это время на электроде затвора и-канального транзистора появляется низкий логический уровень и он закрывается, Когда переключатель размыкается, то на входе первого инвертора и выходе второго инвертора устанавливается низкий уровень напряжения относительно резистора, а на выходе инвертора первого - высокий уровень.На затворный электрод и-канального транзистора поступает высокий уровень, и на входе первого инвертора устанавливается. стабильно низкий уровень выходного импенданса второго инвертора, что обеспечивает устойчивость схемы к воздействию влаги или единичной помехи. Однако наличие на входе высокоимпендансного резистора смещения снижает устойчивость работы переключателя в условиях сильных электромагнитных помех при разряде статического электричества и не обеспечивает достоверный контроль параметров изделия в целом, в частности тока потребления микросхемы, на измерительных системах при рассогласовании уровней питающего и управляющего напряжений, что приводит к ложному забракованию годных изделий.Целью изобретения является повышение устойчивости функционирования электронных часов к воздействию электромагнитных импульсов разряда статического электричества путем регулирования входного импенданса инвертора-усилителя и подавления (фильтрации) импульсных помех, а также повышение достоверности контроля тока потребления при рассогласовании уровней напряжения источника питания и выходных сигналов измерителя путем расширения диапазона низкого уровня входного сигнала.Цель достигается тем, что в предлагаемое входное устройство для электронных часов введены согласующий элемент, выполненный в виде р-канального МОП-транзистора, истоковый электрод которого подключен к стоковому электроду входного нагрузочного элемента и входу инвертораусилителя, а стоковый электрод - к выходу схемы защиты от пробоя, при этом электрод затвора соединен с положительной клеммой источника питания, детектор изменения входного сигнала, представляющий собой двухвходовой логический вентиль, реализующий функцию У = х 1 хг + хатха, при этом первый вход детектора изменения входного сигнала соединен с первым выходом формирователя двоичных логических сигналов, а второй вход подключен к второму выходу формирователя двоичных логиче ских сигналов, таймерное устройство,состоящее из двоичного счетчика и двух вентилей 2 И - НЕ, причем информационные выходы двоичного счетчика соединены с соответствующими входами первого венти ля 2 И-НЕ, тактовый вход двоичного счетчика подключен к выходу второго вентиля 2 И - НЕ, первый вход которого служит тактовым входом входного устройства, а второй вход подключен к выходу первого вентиля 15 2 И-НЕ, управляющий вход двоичного счетчика подключен к выходу детектора изменения входного сигнала, регистр входного сигнала, представляющий собой О-триггер, .информационный вход которого подключен 20 к второму выходу формирователя двоичныхлогических сигналов, тактовый вход - к выходу таймерного устройства, а его выход служит информационным выходом входного устройства. Признак детектора измене ния входного сигнала, сходный с признакомдетектора изменения входного сигнала заявляемого решения, не обнаружен, Наличие таймерного устройства и соответствующие связи известны из описания к авт.св. М 30 1205272, опублик, 15.01.86, бюл, Из 2.Однако сравнение свойства заявляемого и известного решений, обусловленное наличием данного признака, показало, что в заявляемом решении таймерное устройство 35 кроме расширения диапазона работоспособности часов, т.е. повышения помехоустойчивости, порождает избыточный эффект- возможность реализации дополнительной функции часов по вхоДу типа "нажа тие кнопки с задержкой", где в качествелинии задержки используется таймерное устройство.Наличие указанных выше отличительных признаков и их связей обеспечивает 45 повышение устойчивости к воздействиювнешних электромагнитных импульсов, возникающих при разряде статического электричества, за счет введения согласующего элемента, детектора. изменения входного 50 сигнала, таймерного устройства, обеспечивающих двухступенчатый контроль истинности входного сигнала; повышение устойчивости к воздействию повышенной влажности за счет снижения входного им пенданса путем введения входного нагрузочного элемента, выполненного в виде открытого и-канального МОП-транзистора; повышение устойчивости входного устройства к рассогласованию уровней напряжения источника питания и выходныхсигналов измерителя или другого электронного устройства эа счет введения согласующего элемента, выполненного в виде открытого р-канальнага МОП-транзистора, при этом обеспечиваются повышение да стоверности контроля параметров, в частности тока потребления, а . также возможность использования для управления электронными часами различных типов переключателей; как электронных, так и ме ханических без дополнительных внешних согласующих элементов; расширение функциональной возможности входного устройства эа счет наличия таймерного устройства, что обеспечивает в часах новую 15 функцию "нажатие кнопки с задержкой".На фиг, 1 изображена структурная схема входного устройства для электронных часов; на фиг. 2 - функциональная схема входного устройства; на фиг. 3 - временная 20 диаграмма функционирования устройства,Входное устройство для электронных часов (фиг. 4) содержит источник 1 входных сигналов, представленный в виде переключателя, управляющий вход которого соеди нен с положительной клеммой источника питания, схему 2 защиты от пробоя, содержащую последовательно включенный интегральный резистор 3 и защитный диод 4, базовый электрод которого подключен к ат рицательной клемме источника питания, согласующий элемент 5, выполненный в виде р-канальнога МОП-транзистора, стаковый электрод которого подключен к выходу схемы 2 защиты от пробоя, а электрод затвора 35 - к отрицательной клемме источника питания, входной нагрузочный элемент 6, выполненный в виде и-канального МОП- транзистора, истоковый электрод которого подключен к отрицательной клемме источ ника питания, стокавый электрод - к истоковому электроду согласующего элемента 5, а электрод затвора - к положительной клемме источника питания, инвертор-усилитель 7, вход которого подключен к стоковому 45 Электроду входного нагрузочного элемента 6, формирователь 8 двоичных логических сигналов(фиг. 2), включающий тактируемый ЯЯ-триггер 9, формирующий инвертор 10 и О-триггер 11, детектор 12 входного сигнала, 50 представляющий собой двухуровневый логический вентиль, реализующий функцию у = х 1 х 2 + х 1 х 2, таймернае устройство 13, включающее два логических вентиля 2 И - НЕ 14, 15 и двоичный счетчик 16, при этом пер вый вход вентиля 2 И - НЕ 14 является тактовым входом 17 входного устройства, на который подается тактовая частота из делителя частоты электронных часов, и регистр входного сигнала, представленный в виде О-триггера 18, информационный вход которого подключен к выходу вентиля 2 И-НЕ 15, тактовый вход - к выходу Я 5-триггера 9, а его выход служит информационным выходом 19 входного устройств:-,Один из электродов интегрального резистора 3, включенного последовательно, соединен с выходом переключателя 1, а другой - с электродам защитного диода 4 и стоковым электродом р-канального УОП-транзистора, являющегося входом согласующего элемента 5, Выход инвертора-усилителя 7 подключен к информационному входу 0-триггера 11, тактовый вход которого соединен с соответствующим тактовым входом ЯЯ-триггера 9 и подключен к выходу формируощего инвертара 10. Вход формирующего инвертара 10 является дополнительным тактовым входом 20 формирователя 8 двоичных логических сигналов. Выходы О-триггера 11, прямой и инверсный, подключены к входам Я и 3 ВЗ- триггера 9 соответственно, при этом прямой выход О-триггера 11 подключен к первому входу двухвхадового логического вентиля 12. Выход ЯЯ-триггера 9 подключен к второму входу двухвходаваго логического вентиля 12, выход которого подключен к управлгпощему входу двоичного счетчика 16. Тактовый вход двоичного счетчика 16 соединен с выходом вентиля 2 И - НЕ 14, первый вход которого подключен к выходу 2 И - НЕ 15.Входное устройство для электронных часов работает следующим образом.Рассмотрим работу входного устройства при замыкании и при размыкании переключателя 1. В начальный момент на выходах формирователя 8 двоичных логических сигналов устанавливаются потенциалы, соответствующие значению логического "0", переключатель 1 разомкнут, и на его выходе с помощью входного нагрузочного элемента 6 устанавливается также значение логического "0", на выходе детектора 12 изменения входного сигнала также устанавливается уровень логического "0", содержимое двоичного счетчика 16 максимально, при этом на выходе вентиля 2 И - НЕ 15 логический "0", который запрещает прохождение сигналов, поступающих по тактовому входу 17, на тактовый вход двоичного счетчика 16. Сигнал с выхода таймерного устройства 13, соответствующий уровню логического "0", поступает на тактовый вход О-триггера 18 регистра вх одного сигнала, на выходе 19 которого устанавливается уровень логической "1", соответствующий условию отсутствия воздействия на переключатель 1. При замыкании переключателя на его выход подается потенциал, 1774471соответствующий уровню логической "1", что соответствует переднему фронту сигнала в точке а, изображенному на фиг. 3, По первому фронту из "0" в "1" сигнала, поступающего на дополнительный тактовый вход 20, временнал диаграмма которого приведена на фиг. 3, О-триггер 11 переключаетсл, и на прямом выходе устанавливается уровень логической "1", а следующим фронтом из "1" в "0" сигнала по входу 20 переключаетсл ВЯ-триггер 9 в состояние логической "1", при этом на выходе детектора 12 изменения входного сигнала короткий импульс, изобракенный на Фиг. 3, который сбрасывает двоичный счетчик 16 в исходное состояние и разрешает прохождение сигналов с входа 17 на тактооый вход двоичного счетчика 16 через вентиль 2 И - НЕ 14 и запуск счета таймерного устройства 13. Временная диаграмма в точке д, соответствующая вы ходу таймерного устройства 13, изображена на фиг. 3.Длительность отсчета времени определяетсл разрлдностью двоичного счетчика 16, а также периодом тактовых импульсов, поступающих на вход 17, Как праоило, длительность времени задеркки определяетсл минимальной длительностью цикла обработки информации о электронных часах.По заполнении двоичного счетчика 16 на выходе вентиля 2 И - НЕ 15 устанавлиоаетсл уровень логического "О", который обеспечивает через вентиль 2 И - НЕ 14 останов счета таймерного устройства 13 и записывается о 0-триггер 18 регистра входного сигнала, на оыходе 19 которого устанавливаетсл уровень логического "О", что соответствует условию, при котором переключательь 1 замкнут. При размцкании переключателя 1 по фронту из "О" в "1" сигнала по входу 20 в точке Ь устанаоливаетсл потенциал логического "О", а по следующему фронту из "1" о "0" сигнала по входу 20 на выходе ЯЗ-триггера 9 устанаолиоаетсл уровень логического "О", при этом детектор 12 изменения входного сигнала вырабатывает короткий импульс, который обеспе ллвает сброс таймерного устройства 13 и последующий запуск отсчета задержки, По достижении заданной длительности происходит останов таймерного устройства 13 и на выходе его формируетсл уровень логического "О", который поступает на информационный вход О-триггера 18 регистра входного сигнала, при этом О-триггер регистра входного сигнала сохраняет предыдущую информацию о состоянии переключателя 1.Описанная выше работа входного устройства длл электронных часов обеспечиоат подавление помех, возникающих при дребезге переключателя или разряде статического электричества за счет реакции устройства на изменение входного сигнала и управления запуском и остановом таймер ного устройства 13 по сигналам детектора12 измененил входного сигнала.При подаче на вход отрицательного импульса, амплитуда которого больше напряжения питания схемы р-канальный 10 МОП-транзистор 5 находится в области отсечки и величина входного тока схемы определлется токами утечки канала ЛОП-транзистора 5, величиной которОго можно пренебречь, Применение данного 15 входного устройства в электронных часахпозволяет повысить надежность электронных часов, обеспечивает устойчивость их функционирования в условиях высокой влажности и сильных электромагнитных по мех, поэволлет расширить номенклатуру.электронных часов в пластмассовых корпусах.Использование заявляемого входногоустройства для электронных часов позволя ет расширить диапазон напряжений, подаваемых на вход схемы с пределов от нуля до минус 1,5 В до пределов от нуля до более чем минус 6 В, при этом исключаются ложные срабатывания схемы, ток потребления уст ройстоа при этом снижается от 15 до 2,5 мкАпри замкнутом переключателе.Расширение диапазона уровня входного сигнала позволяет исключить брак в серийном производстве на операции 35 "контроль тока потребления" при рассогла-.совании сигналон измерителя и.напряженил питания часов, обеспечивает использование таких микросхем в различных системах питания часов, например 1,5 40 В система питания и 3 В система питания,что расширяет применение данной элементной базы, Кроме того, при измерениях часовых микросхем на АИС "Виадук 1" на 10 уменьшается количество брака 45 микросхемы по току потребления из-зарассогласооания уровней отрицательного напряжения, подаваемого на вход микросхемы измерителем и напряжением питания микросхемы.50 Использование изобретения позволитпонысить процент выхода годных на операции "контроль функционирования" примерно на 100, это обеспечит снижение стоимости микросхемы часов в 1,1 раза.55 Народнохозяйственное значение изобретения состоит в снижении себестоимости цифровых электронных часов, повышении их надежности, что способствует расширению номенклатуры изделий и повышению их качества..2 Формула изобретения Входное устройство для электронных часов, включающее последовательно соединенные источник входных сигналов в виде 5 переключателя управляющий вход которого соединен с положительной клеммой источника питания, а выход подключен через интегральный резистор и электроду защитного диода, базовый электрод которого соединен 10 с отрицательной клеммой источника питания, входной нагрузочный и-канальный МОП-транзистор, истоковый электрод которого подключен к отрицательной клемме источника питания, а электрод затвора - к 15 положительной клемме источника питания, инвертор - усилитель и тактируемую двухтриггерную схему формирователя двоичных логических сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости 20 функционирования электронных часов к воздействию одиночных электромагнитных импульсов разряда статического электричества путем регулирования входного импе- данса инвертора-усилителя и подавления 25 (фильтрации) импульсных помех дребезга кнопки, а также повышения достоверности контроля тока потребления при рассогласовании уровней напряжения источника питания и выходных сигналов измерителя путем 30 расширения диапазона низкого уровня входного сигнала, в устройство введены рканальный МОП-транзистор, истоковыйэлектрод которого подключен к стоковому электроду и-канального МОП-транзистора и входу инвертора-усилителя, а стоковый электрод- к выходу источника входных сигналов, при этом электрод затвора соединен с отрицательной клеммой источника питания, элемент И СКЛ ЮЧАЮЩ Е Е ИЛ И-Н Е, при этом первый вход элемента ИСКЛЮЧА, ЮЩЕЕ ИЛИ - НЕ соединен с 0-выходом первого триггера тактируемой двухтриггерной схемы формирования двоичных логических сигналов, второй вход - с 0-выходом второго триггера тактируемой двухтриггерной схемы формирования двоичных логических сигналов, двоичный счетчик и два вентиля 2 И - НЕ, информационные выходы двоичного счетчика соединены с соответствующими входами первого вентиля 2 И - НЕ, тактовый вход двоичного счетчика подключен к выходу второго вентиля 2 И - НЕ, первый вход которого является тактовым входом входного устройства, а второй вход подключен к выходу первого вентиля 2 ИНГ, управляющий вход двоичного счетчика подключен квыходуэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, О-триггер, информационный вход которого подключен к О-вь 1 ходу второго триггера тактируемой двухтриггерной схемы формирования двоичных логических сигналов, тактовый вход - к выходу первого вентиля 2 И-НЕ, а его выход служит информационным выходом входного устройства.1774471г.ЗСоставитель Ч. Еорисквичктор И; Щубина ТехредМ.Моргентал Корректор А.Долин аказ 3934 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1