Кварцевый генератор

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Сущность изобретения: кварцевый генератор содержит М-канальные транзисторы 1, 2, Р-канальный транзистор 3, токозадающий резистор 4, Р-канальные транзисторы 5, 6, 7, резистор смещения 8, кварцевый резонатор 9, конденсатор колебательного контура 10, Р-канальный транзистор 11, М-канальные транзисторы 12,13,15, Р-канальные транзисторы 14, 16, конденсаторы 17. 18, 19, 20. Повышение коэффициента полезного действия генератора достигается за счет уменьшения потребления благодаря согласованию пар N и Р-канальных транзисторов, 3 ил. 1/п

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 В 5/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4883683/69 (22) 19,11,90 (46) 15,04,93, Бюл, N 14 (71) Производственное обьединение "Минский часовой завод" (72) Н.Н,Анисимов и А.В,Ахремко (73) Акционерное предприятие "ПО Минский часовой завод" (56) Патент CLUA ¹ 4387349, кл. Н 03 В 5/36, 1983. (54) КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Сущность изобретения; кварцевый генератор содержит N-канальные транзисторы 1, 2, P-канальный транзистор 3, токозадающий резистор 4, P-канальные транзисторы 5, 6, 7, резистор смещения 8, кварцевый резонатор 9, конденсатор колебательного контура 10, P- анальный транзистор 11, N-канальные транзисторы 12, 13, 15, P-канальные транзисторы 14, t6, конденсаторы 17, 18, 19, 20.

Повышение коэффициента полезного действия генератора достигается за счет уменьшения потребления благодаря согласованию пар N u P-канальных транзисторов.

3 ил.

1809936

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 коэффициента полезного действия генератора в установившемся режиме автокопебаний.

Новизной предлагаемого технического решения является то, что введены четвертый N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, а затвор которого подключен к стоку первого N-канального транзистора; пятый М-канальный транзистор vi пятый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, шестой N-канальный транзистор, шестой P-канальный транзистор, второй конденсатор, который включен между затвором пятого N-канального транзистора и затвором третьего N-канального транзистора, четвертый конденсатор, который включен между затвором третьего N-канального транзистора и затвором пятого Р-канального транзистора, пятый конденсатор, который включен между затвором пятого

P êàíýëüíoão транзистора и общей шиной, при этом исток пятого N-канального транзистора подключен к шине питания, сток пятого N-канального транзистора соединен с истоком третьего N-канального транзистора, сток четвертого N-канального транзистора со еди н е í. со стоком шестого

Р-канального транзистора и с затвором пятбго Р-канального транзистора, исток шестого P-канального транзистора соединен со стоком третьего Р-канального транзистора, исток которого соединен со стоком пятого

Р-канального транзистора, затвор шестого

P-канального транзистора подключен к затвору третьего P-канального транзистора, затвор пятого И-канального транзистора соединен со стоком шестого й-канального транзистора, затвор которого подключен к затвору третьего N-канального транзистора и к затвору третьего Р-канального транзистора, исток шестого Й-канального транзистора соединен с истоком шестого

Р-канального транзистора, подложки всех

Р-канальных транзисторов подключены к общей шине, подложки всех N-канальных транзисторов подключены к шине питания, а сток четвертого P-канального транзистора соединен с затвором пятого N-канального транзистора.

Нэ фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 представлены графики изменения напряжений в установившемся

55 режиме автоколебаний; на фиг, 3 представлены графики изменения тока потребления в установившемся режиме автоколебаний, Кварцевый генератор содержит первый

1 и второй 2 N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, затворы объединены и подключены к стоку первого N-канального транзистора, первый

P-канальный транзистор 3, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, а исток через токозадающий резистор 4 подключен к общей шине, второй

Р-канальный транзистор 5, затвор которого обьединен с его стоком и затвором первого

Р-канального транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, а исток подключен к общей шине, третьи N- u

Р-канальные транзисторы 6, 7, стоки которых объединены и являются выходом генератора, при этом между выходом генератора и затвором третьего P-канального транзистора (вход генератора) включены резистор смещения 8 и кварцевый резонатор 9, между выходом генератора и общей шиной включен первый конденсатор колебательного контура 10, четвертый Р-канальный транзистор 11, исток которого подключен к общей шине, затвор — к стоку второго P-канального транзистора, четвертый N-канальный транзистор 12, исток которого подключен к шине питания, затвор — к стоку первого N-канального транзистора, пятые N- u P-канальные транзисторы 13, 14, включенные соответственно между шиной питания и истоком третьего N-канального транзистора и общей шиной и истоком третьего P-канального транзистора, при этом затвор пятого М-канальноготранзистора подключен к стоку четвертого P-канального транзистора, а затвор пятого

Р-канального транзистора — к стоку четвертого N-канального транзистора, шестые Nи Р-канальные транзисторы 15, 16, затворы которых объединены и подключены к входу генератора, истоки объединены и подключены к выходу генератора, а стоки — соответ- ственно к затвору пятого N-канального и пятого P-канального транзисторов, второй конденсатор 17, включенный между шиной питания и затвором пятого N-канального транзистора, третий конденсатор 18, включенный между затвором пятого N-канального транзистора и затвором третьего

N-канального транзистора, который. подключается ко входу генератора, четвертый конденсатор 19, подключенный между входом генератора и затвором пятого Р-канального транзистора, пятый конденсатор 20, включенный между затвором пятого Р-канального транзистора и общей шиной, при1809936 6 чем подложки всех P- u N-канальных транзисторов подключены соответственно к общей шине и шине питания.

Кварцевый генератор работает следующим образом.

С помощью токозадающего резистора 4 схемой двойного токового зеркала обеспечивается ток через транзисторы 1 и 3 в несколько наноампер, При этом напряжение затвор-исток N-канального транзистора 1 10 будет обеспечивать его работу в подпороговой области ВАХ. Через транзисторы 2, 5 (вторую ветвь схемы двойного токового зеркала) также будет протекать ток в несколько наноампер и напряжение затвор-исток P- 15 канального транзистора 5 будет обеспечивать его работу в подпороговой области

ВАХ.

После включения источника питания че20 рез транзисторы 11, 12 потенциалы затворов транзисторов 13 и 14 станут равными соответственно нулю и напряжению питания, чем обеспечивается открытое состояние последних. Причем подключение подпороговой области ВАХ. т,е. их сопротивление достаточно велико и не будет шунтирования колебательного контура по

30 входу. генератора, Через открытые транзисторы 13 и 14 напряжение питания подается к транзисторам 6 и 7. Происходит заряд конденсатора 10, Через резистор смещения

8 потенциал с выхода генератора подается 35 на его вход, т.е. на затворы транзисторов 6 и 7.

Таким образом, после окончания пере ходных процессов на входе и выходе генератора устанавливается напряжение, 40 равное половине напряжения источника питания (транзисторы 6, 7 и 13, 14 составляют согласованные пары), а на затворах транзисторов 13 и 14 — соответственно ноль и напряжение питания, чем создаются условия

45 для запуска генератора. Для обеспечения надежного запуска генератора транзисторы

6, 7 и 13, 14 выбираются достаточно мощными (W/L=1 — 2 для N-канальных транзисторов и W/L=2 — 4 для Р-канальных транзисторов).

Необходимо отметить, что транзисторы I5 и 16 будут находиться в закрытом состоянии, чем исключается шунтирование ими

55 колебательного контура.

При запуска генератора амплитуда колебаний напряжений на входе и выходе будет возрастать. Так как сигналы на входе и выходе генератора противофазны, то при достижении между ними мгновенного зназатворов транзисторов 11 и 12 соответст- 25 венно к затворам транзисторов 5 и 1 обеспечит работу транзисторов 11 и 12 в чения разности напряжений, равного пороговому напряжению N-канального транзистора,транзистор 15 открывается и происходит в это время разряд конденсатора 17 через транзисторы 15, 6 и 13. Аналогично при достижении между сигналами на входе и выходе генератора мгновенного значения разности напряжений.,равного пороговому напряжению P-канального транзистора,транзистор 16 открывается и происходит в это время разряд конденсатора 20 через транзисторы 16, 7 и 14, Таким образом, в процессе колебаний будет.происходить постепенный разряд конденсаторов 17 и 20 и следовательно, рабочая точка транзистора 13 будет смещаться от нулевого значения к минусу источника питания, а рабочая точка транзистора 14 будет смещаться от минуса источника питания к нулю.

Причем степень смещения рабочих точек транзисторов 13 и 14 определяется разностью напряжений на входе и выходе генератора. 8 этом случае рабочие точки транзисторов 13 и 14 будут находиться глубоко в подпороговой области их ВАХ, чем обеспечивается работа КМОП ИУ в классе

"С", исключающем протекание постоянной составляющей тока. При этом переменная составляющая входного сигнала подается на затворы транзисторов 13, 14,накладываясь на их рабочие точки через разделительные конденсаторы 18, 19 (фиг. 2), Моделирование генератора с помощью системы аналогового моделирования

"SPICE" показало, что через КМОП ИУ в установившемся режиме автоколебаний не протекает постоянная составляющая тока (фиг. 3). За счет этого по отношению к прототипу повышается коэффициент полезного действия генератора. Дополнительным положительным свойством заявляемого устройства является снижение влияния разброса параметров элементов схемы на величину потребляемого тока, т.к. положе- . ние рабочих точек транзисторов 13, I4 определяется разностью входного и выходного напряжений, которая, в свою очередь, зависит от уровня смещения рабочих точек этих транзисторов.

Формула изобретения

Кварцевый генератор, содержащий первый и второй N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, а затворы которых подключены к стоку перaoro N-канального транзистора, первый Рканальный транзистор, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, второй P-канальный транзистор, затвор которого объединен с его стоком и затвором первого P-канального

1809936 и (в и г транзистора и подключен к стоку второго

N-канального транзистора, третий М-канальный транзистор и третий P-канальный транзистор, четвертый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к 5 общей шине, а затвор — к стоку второго

P-канального транзистора, первый конденсатор, который вкл очен между стоком третьего N-канального транзистора и общей шиной, первый резистор и кварцевый резо- 10 натор, первые выводы которых подключены к стоку третьего N-канального транзистора и стоку третьего Р-канального транзистора, который является выходом кварцевого генератора, при этом исток первого Р-канально- 15 го транзистора через второй резистор подключен к общей шине, исток второго Pканального транзистора подключен к общей шине, вторые выводы кварцевого резонатора и первого резистора соединены с затво- 20 ром третьего Р-канального транзистора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью . повышения КПД, введены четвертый N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, а затвор которого 25 подключен к стоку первого N-канального транзистора, пятый N-канальный транзистор и пятый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, шестой N-канальный тра.нзистор, шестой Р- 30 канальный транзистор, второй конденсатор, который включен между шиной питания и затвором пятого N-канального транзистора, третий конденсатор, который включен между затвбром пятого N-канального тран- 35 зистора и затвором третьего N-канальнага транзистора, четвертый конденсатор, который включен между затвором третьего N-канального транзистора и затвором пятого

P-канального транзистора, пятый конденсатор, который включен между затвором пятаго P-канального транзистора и общей шиной, при этом исток пятого N-канального транзистора подключен к шине питания, сток пятого N-канального транзистора сое- динен с истоком третьего N-канального транзистора, сток четвертого N-канального транзистора соединен с стоком шестого Pканального транзистора и с затвором пятого

Р-канального транзистора, исток шестого Рканального транзистора соединен со стокам третьего Р-канального транзистора, исток которага соединен со стоком пятого

Р-канального транзистора, затвор шестого

Р-канального транзистора подключен к затвору третьего Р-канальйого транзистора, затвор пятога N-канального транзистора соединен са стоком шестого N-канального транзистора, затвор которого подключен к затвору третьего Й-канального транзистора и к затвору третьего Р-канального транзистора. исток шестого N-канального транзистора соединен с истоком -шестого

P-канального транзистора, подложки всех

P-ка нальных транзисторов подключены к общей шине, подложки всех N-канальных транзисторов подключены к шине питания, а сток четвертога Р-канального транзистора соединен с затвором пятого N-канального транзистора.

1809936

Составитель Н.Анисимов

Техред М. Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор В.Федотов

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1301 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5