Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы

 

Изобретение относится к электронньм приборам времени. Цель изобретения -. снижение потребляемой мощности . Устройство содержит отрицательную 1 и общую 2 шины первичного источника питания, опорный р-канальный транзистор 3, р-канальный транзистор 4, резисторы 5, 10 и 14, кварцевый генератор 6, делитель 7 частоты , шину п-канальныи транзистор 9, транзистор-регулятор 11 тока нагрузки , генератор 12 емкостного тока, опорньш п-канапьный транзистор 13 и . шину 15 питания. Введение новых эле- . ментов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить уровень потерь энергии, т.к. уменьшение напряжений питания кварцевого генератора 6 до величины меньшей, чем сумма пороговых напряжений р-канального и 4 и п-канального 9 транзисторов, исключа ет сквоз- . ной ток инвертирующего усилителя за счет перезаряда входной и выходной мощностей генератора 12 емкостного тотса. 4 ил. i (Л 1 01 О5 СП

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИДЛИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 С 04 С 3 00, 1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3983399/24-10 (22) 14.10.85 (46) 15. 10.87. Бюл, ¹ 38 (71) Ленинградское производственное объединение "Электронприбор" (72) Е.И.Андреев, Е.Б.Красник и С,В.Маеркович (53) 681.11(088.8) (56) Патент Великобритании № 2000338, кл. С 04 С 3/00, 1979.

Патент Японии ¹ 57-62033, кл. G 04 С 10/00, 1982. (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ

ЧАСОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ (57) Изобретение относится к электронным приборам времени. Цель изобретения †. снижение потребляемой мощности. Устройство содержит отрицательную 1 и общую 2 шины первичного источника питания, опорный р-канальный транзистор 3, р-канальный транзистор 4, резисторы 5, 10 и 14, квар-. цевый генератор 6, делитель 7 частоты, шину 8, п-канальный транзистор

9, транзистор-регулятор 11 тока нагрузки, генератор 12 емкостного тока, опорный и-канальный транзистор 13 и . шину 15 питания. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить уровень потерь энергии, т,к. уменьшение напряжения питания кварцевого генератора 6 до величины меньшей, чем сумма пороговых напряжений р-канального и 4 и и-канального 9 транзисторов, исключает сквоз.ной ток инвертирующего усилителя за счет перезаряда входной и выходной мощностей генератора 12 емкостного тока. 4 ил.

f 345165

Изобретение относится к электронным приборам времени и может быть использовано для создания автономных наручных часов в виде интегральной схемы на комплиментарных (взаимнодополняющих) металл-окисел-полупроводниковых логических элементах (на

КМОП логических элементах)..

Целью изобретения является снижение потребляемой мощности в часовой

КМОП интегральной схеме.

На фиг. 1 приведена электрическая структурная схема стабилизатора; на фиг. 2 — электрическая функциональная схема генератора емкостного тока; на фиг. 3 — электрическая функциональная схема кварцевого генератора; на фиг. 4 — электрическая функциональная схема делителя частоты.

Стабилизатор содержит (см. Фиг,1) общую и отрицательную шины первичного источника питания 1 и 2, опорный р-канальный транзистор 3, нагрузочный р-канальный транзистор 4, первый резистор 5, кварцевый генератор 6, делитель 7 частоты, выходную шину 8,пканальный "транзистор форсажа 9, второй резистор 10, транзистор-регулятор 11 тока нагрузки, генератор 12 емкостного тока, опорный и-канальный транзистор 13, третий резистор 14 и шину

15 стабилизированного питания.

Генератор .12 емкостного тока (фиг.

2) содержит сглаживающий конденсатор

16, первый и второй коммутационные транзисторы 17 и 18, первый и второй коммутируемые конденсаторы 19 и

20 и третий и четвертый коммутационные транзисторы 21 и 22.

Кварцевый генератор 6 (фиг. 3) содержит р-канальный транзистор 23, пканальный транзистор 24, резистор

25 обратной связи, кварцевый резонатор 26, входной конденсатор 27 и выходной конденсатор 28.

Делитель 7 частоты (фиг. 4) содержит инвертор 29, последовательную цепь нагруженных друг на друга триггеров 30-46, конденсатор 47, резистор 48, триггер 49, транзистор 50, нагрузочный резистор 51, транзистор

52 и резистор 53, выход 54.

Общая шина первичного источника 1 питания соединена с истоком и подложкой опорного р-канального транзистора 3, с общими входами питания кварцевого генератора 6 и делителя

17 частоты, вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора

6, соединенного своим входом питания к шине 15 стабилизированного питания. с.

Выходная шина 8 подключена к первому выходу делителя 7 частоты, вход первичного питания которого соединен с отрицательной шиной 2 первичного

10 питания и подложкой транзистора-регулятора 11 тока нагрузки, подключенного своим затвором к стоку опорного и-канального транзистора 13, у которого исток соединен со стоком транзистора-регулятора 11 тока нагрузки.

Первый выход кварцевого генератора 6 соединен со вторым входом генератора 12 емкостного питания, первый выход которого подключен к затвору

20 нагрузочного р-канального транзистора 4, затвору опорного р-канального транзистора 3 и через первый резистор 5 — к стоку, опорного р-канального транзистора 3 и к затвору опорного п-канального тразистора 13, соединенного своим истоком со вторым выходом генератора 12 емкостного тока и через третий резистор 14 со своей подложкой и с шиной 15 стабилизированного питания. Шина 15 стабилизированного питания подключена к входу стабилизированного питания делителя

7 частоты, второй выход которого соединен с затвором и-канального транзистора 9 форсажа, сток которого соединен с истоком и-канального транзистора 13, подключенного своим стоком к стоку нагрузочного р-канального транзистора 4, у которого подложка и сток соединены с общей шиной первичного источника питания. Отрица.тельная шина первичного источника питания соединена через второй резистор 10 с истоком транзистора-регулятора 11 тока нагрузки, с истоком

45 и подложкой п-канального транзистора

9 форсажа и со входом питания генератора 12 емкостного тока, первый вход которого подключен к второму выходу кварцевого генератора 6.

Вход питания генератора 12 емкостного тока соединен с первыми обкладками обоих коммутируемых конденсаторов 19 и 20. Второй вход генератора

12 емкостного тока подключен к затворам второго и третьего коммутационных транзисторов 18 и 21, а объединенные подложка и исток третьего и четвертого коммутационных транзисто1345165

Е =СЕ f, ров 21 и 22 соединены друг с другом и подключены к второму выходу генератора 12 емкостного тока.

Стабилизатор работает следующим

5 образом.

Подключение к стабилизатору первичного источника питания E вызывает "единичный" (отрицательный) перепад йапряжения, который через разряженный конденсатор 47 (см. фиг.4) поступает на входы R обнуления триг.геров 30, 31-45, 46 и на вход S триггера 49. На втором выходе делителя

7 частоты (см. фиг. 1) появляется при этом нулевой уровень напряжения общей шины 1, формируемый инвертором на транзисторе 50 и резисторе 51.

Транзистор 9 при этом отпирается, на его стоке устанавливается напряжение

Е„ . Возникли условия для ускоренного и надежного запуска генератора 6. После запуска генератора 6 на вход делителя 7 частоты поступают импульсы напряжения. Однако, триггеры 30, 31—

45,46 остаются заблокированными до тех пор, пока напряжение на их вхо-. дах R превышает по абсолютной величине порог обнуления этих триггеров.

После того как конденсатор 47 зарядится через резистор 48 до порога обнуления триггеров, блокировка TT-. триггеров снимается и начинается счет импульсов, поступающих с первого выхода кварцевого генератора 6.

Нулевой сигнал форсажа на втором выходе делителя 7 продолжается вплоть до перебрасывания последнего триггера 46 и появления импульса на первом выходе делителя 7 частоты, который управляет шаговым двигателем. После этого триггер 49 возвращается в исходное нулевое состояние, на втором выходе делителя частоты появляется единичный уровень напряжения, равный

45 напряжению первичного источника питания Е,, а на шине 15 устанавливается сниженное напряжение Е, от которого запитываются все триггеры делителя 7 частоты. Работа делителя 7 частоты при сниженном напряжении пи50 тания Е до величины, меньшей суммы двух пороговых напряжений р- и иканальных транзисторов, предотвращает возникновение сквозных токов в вентилях TT-триггеров и уменьшает мощность, затрачиваемую на перезаряд паразитных емкостей этих триггеров.

Уменьшение напряжения питания (здесь и ниже речь идет об абсолютной величине напряжений) кварцевого генератора 6, находящегося в режиме стационарных колебаний, до величины меньшей, чем сумма пороговых напряжений р- и и-канальных транзисторов исключает сквозной ток К MOII-инвертирующего усилителя и уменЬшает уровень потерь энергии за счет перезаря да входной и выходной емкостей генератора. Уменьшение напряжения питания делителя 7 частоты исключает сквозные токи в момент переключения

К MOII-вентилей и уменьшает ток перезаряда емкостей в узлах делителя 7 частоты. При этом ток, потребляемый делителем 7 где С„ — приведенная ко входу делителя нагрузочная емкость, f — частота колебаний кварцевого генератора, Наличие отрицательной обратной связи с первого и второго выходов генератора 6 позволяет использовать для повьппения устойчивости системы взаимозависимость между амплитудой напряжения на выходах генератора 6 и величиной стабилизируемого напряжения Е

В качестве параметрических опорных элементов стабилизации напряжения в

К M0II часах используются входные цепи разноканальных транзисторов 3 и

13, связанные между собой резистором 5.

Уровень стабилизируемого напряжения на шине 15 определяется зависимостью I

Е =Бо+оп сК -ЕК (1+ f ),(1) где Б и U „ — пороговые напряжения о р- и и-канального транзисторов 3 и 13;

I — ток генератора 12 емкостного тока;

I — общий ток потребления в шине 15; — коэффициент влияния подложки транзистора

13.

В стационарном режиме работы К МОП часов, когда напряжение на шине 15 близко к уровню стабилизации Е, 5 134 транзисторы 3 и 13 работают в области слабой инверсии проводимости канальной части поверхности полупроводника. При этом потенциал поверхности полупроводника находится в пределах одного-двух потенциалов Ферми, а ток стока этих транзисторов порядка

10 нА. Именно это обстоятельство позволяет использовать входные цепи транзисторов 3 и 13 в качестве датчиков пороговых напряжений, Транзистор 3 включен в диодном режиме:, ток стока этого транзистора целиком определяется током генератора .12 емкостного тока. Размеры канала транзистора 3 выбираются такими, чтобы при изменении тока генератора 12 емкостного тока в пределах от 0 до

20 нА затворное напряжение транзисто.ра 3 изменялось незначительно и находилось вблизи порогового напряжения р-канального транзистора. В этом случае транзистор 3 работает в пологой области, и его ток стока не зависит от напряжения на его стоке. Раз мер канала транзистора 4 следует выбирать таким же, как и транзистора

3. В этом случае режимы работы этих транзисторов будут одинаковыми, так как их входные цепи включены параллельно. Таким образом, независимо от разных напряжений на стоках транзисторов 3 и 4 токи стока этих транзисторов одинаковы. Выходные цепи транзисторов 4 и 13 включены последо" вательно, поэтому в стационарном режиме работы токи стока этих транзисторов одинаковы и равны току генератора емкостного тока 12. Размеры канала транзистора 13 выбираются по тем же критериям, что и транзистора

3, поэтому входная цепь транзистора

13 тоже может выступать датчиком порогового напряжения, но уже и-канального транзистора.

Ток Т генератора 12 емкостного тока создает на, резисторе 5 падение напряжения Т К которое уменьшает величину напряжения стабилизации на шине 15.

Напряжение Е определяется также и током I потребления нагрузки, в качестве которой выступают кварцевый генератор 6 и делитель 7 частоты.

Падение напряжения I R« смещает под" ложку и-канального транзистора 13 в плюсовую область относительно истока и тем самым уменьшает пороговое

6 напряжение и-канального транзистора

13, на величину I R«, где коэффициент влияния подложки. При возрастании тока I напряжение Е

5 уменьшается, что должно вызвать замедление возрастания тока нагрузки

Т. Таким образом, резистор К,4 стабилизирует ток I нагрузки шины 15.

Кроме функций формирования опорного напряжения и стабилизации тока I нагрузки на шине 15 транзистор 13 выполняет еще функцию активного элемента усилителя. Функцию нагрузочного генератора тока в этом усилителе выполняет транзистор 4. Усилитель на транзисторах 13 и 4 является неинвертирующим,, так как активный транзистор

13 управляется по истоку напряжением на втором выходе генератора 12 емкостного тока. Выходное напряжение усилителя подается на затвор транзистора 11, который управляет током нагрузки шины 15, величина напряже25 ния может изменяться в пределах от

0 до Е, Величина сопротивления резистора 10 должна быть выбрана такой, чтобы выполнялось условие Е„ — Е

I R, (1+ () + П„„при любых пороговых напряжениях транзисторов 3 и 13.

В этом случае транзистор 11 всегда может быть заперт напряжением на стоке транзистора 13, а следовательно, снимается ограничение на использование схемы К МОП часов при

35 низких пороговых напряжениях транзисторов., В режиме форсажа последовательная цепочка из транзистора 11 и резистора 10, закорачивается выходной цепью .открытого транзистора 9, В стационар. ном режиме работы устройства транзистор 9 заперт напряжением Е íà его затворе.

45 Основная функция генератора 12 емкостью тока состоит в формировании тока I, который является функцией параметра кварцевого генератора 6, характеризующего запас устойчивости о колебаний в стационарном режиме, и функцией запаса устойчивости делителя 7 частоты. В качестве такого параметра выступает здесь эффективное отпирающее напряжение и-канального, 5 транзистора U . Под эффективным от65 пирающим напряжением понимаем здесь разность между двойной амплитудой колебаний. и пороговым напряжением иканального транзистора. Заряд и раз1345165 ряд конденсаторов 19 и 20 производится относительно уровня Е, поэтому этот уровень принимаем за нулевую точку отсчета напряжений в генера5 торе 12 емкостного тока. В этом случае можно сказать, что конденсатор

20 в первом такте заряжается через выходную цепь открытого транзистора

18 до разности напряжений 10

14» о<» = 1 э < ю где U » — двойная амплитуда напряжения на первом выходе кварцевого генератора 6, а во втором такте разряжается до нуля через выходную цепь транзистора 22.

Во втором такте работы генератора

12 емкостного тока заряжается уже конденсатор 19 через выходную цепь открытого транзистора 17 до разности напряжений Б — Уо = U, где

Тг

U — максимальное напряжение на втором выходе кваРцевого генератора 6.

Конденсатор 19 разряжается до нуля в первом такте через выходную цепь открытого транзистора 21. Конденсатор

16 сглаживает броски тока на выходе генератора 12 емкостью тока.

Таким образом, среднее значение тока формируемого генератором 12 емкостного тока определяется выражением

30 вому выходу кварцевого генератора, соединенного своим выходом питания с шиной стабилизированного питания, а выходная шина подключена к первому выходу делителя частоты, вход первичного. питания которого соединен с отрицательной шиной первичного питания и подложкой транзистора-регулятора тока нагрузки, подключенного сво40 им затвором к стоку а стоком к истоФ ку опорного и-канального транзистора регулятора тока нагрузки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потребления мощности, в

45 него введены нагрузочный р-канальный транзистор, генератор емкостного тока, и-канальный транзистор форсажа и три резистора, причем отрицательная шина первичного источника питания

50 соединена через второй резистор с источником транзистора-регулятора тока нагрузки, с истоком и подложкой иканального транзистора форсажа и с входом питания генератора емкостного тока, первый вход которого подклю55 чен к второму выходу кварцевого генератора, шина стабилизированного питания подключена ко входу стабилизированного питания делителя частоты, где С, и С емкости соответствующих конденсаторов, генератора 12 емкостного тока.

Из выражений (1) и (2) следует, что резистор К совместно с генератором 12 емкостного тока стабилизирует эффективные отпирающие напряжения на выходах кварцевого генератора 6, Например, при возрастании эффективных отпирающих напряжений на выходах генератора 12 емкостного тока напряжение Е на шине 15 уменьшается, что должно привести к уменьшению эффективных отпирающих напряжений.

Крутизна инвертирующего усилителя кварцевого генератора 6 (см. фиг. 3) выбирается такой, чтобы при всех внешних дестабилизирующих факторах напряжение питания, при котором наступает срыв колебаний генератора 6, было меньшим, чем напряжение Е на шине 15 питания. Работа генератора 6 в области напряжений питания, меньших суммы двух пороговых напряжений разноканальных транзисторов, исключает возможность появления сквозных токов в транзисторах 23 и 24 инвертора и сводит к минимуму перепады напряжений, на которые перезаряжаются входной 27 и выходной 28 конденсаторы генератора 6. Все это ведет к уменьшению энергии, потребляемой схемой от источника питания.

Формула из обретения (1. Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы, содержащий отрицательную и общую шины первичного источника питания, опорный р-канальный транзистор, опорный и-канальный транзистор, кварцевый генератор, шину стабилизированного питания, делитель частоты, выходную шину и транзистор-регулятор тока нагрузки, причем общая шина первичного источника питания соединена с истоком и подложкой опорного р-канального транзистора и общими входами питания кварцевого генератора и делителя частоты, вход которого подключен к пер1О

5165

9 134 второй выход которого соединен с затвором и-канального транзистора форсажа, сток которого соединен с истоком опорного п-канального транзистора, подключенного своим стоком к стоку нагрузочного и-канального транзистора, у которого подложка и исток соединены с общей шиной первичного источника питания, а первый выход кварцевого генератора соединен с вторым входом генератора емкостного тока, первый выход которого подключен к затвору нагрузочного р-канального транзистора, затвору опорного .р-канального и через первый резистор к стоку опорного р-канального транзистора и к затвору опорного и-канального транзистора, связанного своим истоком с вторым выходом генератора емкостного тока и через третий резистор со своей подложкой и с шиной стабилизированного питания.

2. Стабилизатор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что генератор емкостного тока содержит сглаживающий и два коммутируемых конденсатора и четыре коммутационных транзистора, причем вход питания генератора ем-, костного тока соединен с первыми об5 кладками обоих коммутируемых конденсаторов и сглаживающего конденсатора, подключенного второй обкладкой к первому выходу генератора емкостного тока и к стокам первого и второго коммутационных транзисторов, объединенные подложки и исток каждого иэ которых соединены со стоками, соответственно, третьего и четвертого коммутационных транзисторов и со вторыми обкладками, соответственно, первого и второго коммутируемых конденсаторов, первый вход генератора . емкостного тока соединен с затворами первого и четвертого коммутационных транзисторов, второй вход генератора емкостного тока подключен к затворам второго и третьего коммутационных транзисторов, а объединенные подложка и исток третьего и четверто25 го коммутационных транзисторов соединены друг с другом и подключены к второму выходу генератора емкостного тока, 1345165

Составитель С.Шакин

Редактор А.Долинич Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 4918/46 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3К-35, Раущская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы Стабилизатор напряжения питания часовой интегральной схемы 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическим приборам

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить надежность управления вторичными часами

Изобретение относится к приборо строению и позволяет повысить точность при одновременном упрощении конструкции привода

Изобретение относится к приборостроению , к цифровым хронометрическим системам, в которьк информация о текущих значениях времени передается на вторичные приборы в кодированном виде, и может быть использ.овано при построении систем часофикации различр&amp;1х промышленных и культурых объектов

Изобретение относится к устройствам хронометрической техники и предназначено для кварцевых часов-будильников с шаговым двигателем и ньезокерамическим сигнальным устройством

Изобретение относится к области приборостроения и измерительной техники и может быть использовано в качестве устройства вторичного эталона времени

Изобретение относится к области парфюмерной промышленности и касается способа создания фантазийного аромата путем построения его субтрактивной композиции, при этом жидкие душистые вещества дозируют по отдельности, не смешивая ароматы, по меньшей мере, триады его нот, регулируют их объемные соотношения в соответствии с законом золотых пропорций и осуществляют понотно расщепленное и резонансное раскрытие контрастов его восприятия в соответствии с биоритмами мозга индивидуума; а также устройства, предназначенного для осуществления данного способа, в виде, по меньшей мере, бифункционального бижутерийного украшения, например серьги или браслета, или украшения помещений, например часов, содержащего функциональный модуль, в котором размещены вставки со структурообразующими элементами, например капиллярами, в которых содержатся душистые вещества, причем ароматы, по меньшей мере, триады его нот: базовой, сердцевинной и ведущей, дозированы по отдельности

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано в качестве устройства преобразования энергии магнитного поля в механическое колебательное движение

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на создание регулирующего элемента, который может быть использован в механическом часовом механизме, предпочтительно не имеющем батарейки

Изобретение относится к области часовой промышленности и может быть использовано в наручных и интерьерных электронно-механических кварцевых часах с шаговым двигателем

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на создание электронного хронометра, снабженного механизмом регистрации положения стрелок и способного при этом препятствовать увеличению электропотребления во время остановок стрелок, что обеспечивается за счет того, что электронный хронометр содержит стрелки, которые указывают время для отображения времени, шаговый двигатель, блок управления возбуждением, который подает импульсы возбуждения на шаговый двигатель, блок проверки перемещения стрелок и блок управления ожиданием, который временно прерывает подачу импульсов возбуждения от блока управления возбуждением для перехода в состояние ожидания, когда блок проверки перемещения стрелок принимает решение, что стрелки остановились, причем подача импульсов возбуждения от блока управления возбуждением и проверка, движутся ли стрелки, блоком проверки перемещения стрелок, соответственно, возобновляются после выхода блока управления ожиданием из состояния ожидания

Изобретение относится к электронным измерителям времени

Изобретение относится к измерительной технике
Наверх