CN85106930A

CN85106930A - 用于算术运算和显示的集成电路

Info

Publication number: CN85106930A
Application number: CN 85106930
Authority: CN
Inventors: 牛木浩; 岩崎哲昭
Original assignee: Tosback Computer Systems Co ltd; Toshiba Corp
Current assignee: Tosback Computer Systems Co ltd; Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-14
Filing date: 1985-09-14
Publication date: 1987-06-03
Also published as: CN85106930B

Abstract

用于进行算术运算和显示控制的集成电路接于电源(46)和液晶显示器(45)，并由该电源供电，包括：一个用于执行指定算术运算的算术运算电路(42)，其中算术运算结果显示于该显示器上；一个升压电路(43)接受和提升从电源(46)来的电压；一个激励电路(44)由升压电路(43)供电去激励液晶显示器(45)；以及一个控制电路(41)用于在算术运算电路(42)进行算术运算时中断对显示器的激励。

Description

本发明涉及到用于算术运算和显示的集成电路;更具体地说，是涉及到具有小功率消耗和太阳能电池的小型电子计算器用的一种集成电路。

由于半导体技术的发展，集成电路的耗能量越来越小，而且太阳能电池也越来越多地用作它的电源。小型电子计算器等类器件通常应用液晶显示器，它一般要求的激励电压为3V;另一方面，太阳能电池的供电电压标准约为1.5V，故需升压电路将1.5V电压提升到3V以激励液晶显示器。

传统的升压电路和液晶显示激励电路不管算术运算电路是否在进行算术运算都保持在工作状态。虽然显示已熄灭，而不意味着激励电路的运行被遮断，它只表示激励电路正在发出关断所有显示段的指令。在LSI（大规模集成电路）进行算术运算期间流通的总电流等于算术运算所需的电流和产生一个关断指令所需电流的总和，该电流大于不进行算术运算时的总电流，该电流中也包括有激励电流。

图1表示一个典型LSI消耗的电流特性和一个太阳能电池的输出特性。消耗电流特性曲线系由消耗的电流与相对应的各点电源电压构成，与前述相同，在算术运算期间的电流比显示期间（未进行运算）的大。太阳能电池的输出特性曲线由电流-电压特性与发光亮度的参数关系绘成。当LSI进行显示且照度为50lux时，工作在A点，故供到LSI上的电压约为1.5V，另外，当LSI在进行算术运算时，工作在B点，故加在LSI上的电压为1.1V，LSI的工作电压通常为1.2～3.0V，结果，加到LSI上的电压在照度为50lux条件下在运算期间就偏离了上述工作电压范围，这就会造成算术运算的误差，这个问题对用于科技计算器上的LSI就更加严重。因为它需进行较长时间的算术运算，所以导致消耗的电流及与此关连的电压在显示期间与算术运算期间的差异很大。但如果增加电池的容量，则不可避免地会增大投资，而且会防碍缩小产品的尺寸。

本发明的一个目的即为减小在显示期间和算术运算期间所产生的电压差别，并由此而防止了算术运算的误差。

本发明的另一个目的即为算术运算和显示提供一个集成电路，该电路在显示期间和算术运算期间消耗的功率差别很小。按照本发明所设置的算术运算和显示用的集成电路，其特征为包括有：一个算术运算电路，为执行算术运算用：一个升压电路，为提升电压用;一个液晶显示激励电路，为激励液晶显示器用;以及一个控制电路，用以操作升压电路和/或激励电路在算术运算期间中断运行，借此来减少在算术运算期间的功率消耗，从而也减少了在算术运算期间和显示期间消耗功率的差别。

图1曲线表明一个典型的LSI消耗的电流特性和一只太阳能电池的输出特性;

图2为本发明的一个集成电路实施例的方框图;

图3的电路为升压电路43的一例;

图4为解释升压电路43运行的时间表;

图5的电路表明激励电路44的一例;

图6的时间表说明激励电路44的运行。

图2表明本发明集成电路的一个实施例，本集成电路实施方案适用于小型计算器，并包括有：一个算术运算电路42，用以进行各种数值计算;一个升压电路43;一个液晶显示激励电路44以及一个控制电路，用来控制算术运算电路42、升压电路43和激励电路44。激励电路44用作激励液晶显示器（下称LCD）45以实现所要求的显示。

控制电路41产生一个控制信号A，该信号A在显示期间处于逻辑“1”，而在算术运算期间为逻辑“0”。

升压电路43接受控制信号A，并在信号A为逻辑“1”时将从电源46来的电源电压VDD放大一倍而将电压升为2VDD;当信号A为“0”时，升压电路43不进行升压操作，它仍产生电压VDD，故此输出VDX或是2VDD（在显示期）或是VDD（在算术运算期）。

激励电路44接受从控制电路41来的一个控制信号B，在信号B处于代表显示期间的“1”时利用从升压电路43来的升高电压2VDD，而产生一个适于激励LCD45的波形的激励输出;当信号B处于代表算术运算期间的“0”时产生一个具有Vss＝0值的输出，故使LCD45不被激励。

系统时钟发生器47产生操作各个电路的时钟信号。

图3为表明升压电路43的一个具体实例，解释于下：包括有一个“与非”门101，其上加有从系统时钟发生器47来的升压时钟C和从控制电路41来的控制信号A，此“与非”门101的输出被加到同相（即不反相）电位移位器102上，该移位器连接成接受控制信号A，该电位移位器将电位从VDD，VSS提升到2VDD，VSS。更具体地说，在电位移位器输入端的电压为VDD（负值），则在其输出端为2VDD（负值）;当输入为VSS＝0，则其输出VSS＝0，接到该电压移位器102的输出端的逻辑电路工作在升高后的电压上，电位移位器102的输出通过反相器104和105输出到“或非”门106和“与非”门107的一个输入端，电位移位器102的输出也直接加到“或非”门106和“与非”门107的各自另一个输入端。反相器104和105形成一个延迟电路，用于阻止下述的两组MOSFET（金属氧化物场效应管）110-113同时导通。“与非”门106的输出通过反相器108加到N沟道MOSFET111和113的栅极，“与非”门107的输出则加到N沟道MOSFET112的栅极和通过反相器109加到P沟道MOSFET110的栅极。该MOSFET110-113跨在电源线VSS＝0和结点C之间串联相接，连接MOSFET111和112的结点e接在从电源46来的电源线VDD上，该电源可以是太阳能电池。在MOSFET110和111之间的结点a和在MOSFET112和113之间的结点b之间接有一个电容器114，同相电位移位器103的输出送到MOSFET115的栅极，该115跨接在电源线VDD和结点c之间，电容器116则接在结点c和端头d之间，d点则连接到电源VSS。

图4说明图3升压电路的操作，假设逻辑为负逻辑，控制信号A在显示期间为逻辑“1”，而在算术运算期间为逻辑“0”，升压时钟C由周期重复的脉冲链所组成。所以在“与非”门的输出上仅在显示期间出现一个重复的脉冲链，电位移位器102是同相型的，所以它的输出逻辑电平与“与非”门101的输出逻辑电平相同。逻辑电路104-107是为了阻止两组MOSFET同时导通而设置的，如果忽略了反相器104和105所造成的延迟时间，则“或非”门106和“与非”门107的输出与电位移位器102的输出相位相反，而且反相器108和109的输出与“或非”门106和“与非”门107的输出相位相反。

现在看一下结点a、b和c在显示期间的电位，当“与非”门107的输出为“0”位时，反相器108的输出为“1”，那么P沟道MOSFET110和N沟道MOSFET112为导通状态，而N沟道MOSFET111和113则为截止状态，所以结点a被接到了VSS＝0，而结点b被接到了VDD上;如果电容器114上的电容以C来表示，则充电的电荷为Q＝C｜VDD-VSS｜＝C｜VDD｜。

当“与非”门107的输出为“1”态时，反相器108的输出为“0”态，那么MOSFET110和112截止，而MOSFET111和113导通，故结点a被接到了VDD上，而结点b被接到了c，因此结点b上的电压变为2VDD。

以这种方法令结点b的电位在显示期间作周期性变化，并假设在VDD和2VDD之间来回变化，电容器116即被充电，并且在C点上的电位即保持在2VDD。

现在看结点a、b和c在算术运算期间的电位，MOSFET110和112保持导通和MOSFET111和113保持截止，结点a的电位则保持在VSS＝0，而结点b的电位为VDD，控制信号A变成0，故MOSFET115变为导通，因而使结点c的电位保持在VDD。

因此升压电路在结点c处当显示期间产生一个电压2VDD，而在算术运算期间产生的电压为VDD，换句话说，升压电路只在显示期间实现升压操作，在结点C处的输出电压表示为VDX（＝2VDD或VDD）。

图5所示为激励电路44的一例，显示数据D通过反相器201馈送到“或非”门202的一个输入端，在显示期间处于“1”态而在算术运算期间为“0”的控制信号B通过反相器203馈送到“或非”门202的另一输入端，“或非”门202的输出通过同相型电位移位器204和反相器205馈送到P沟道MOSFET206和N沟道MOSFET207的栅极，MOSFET206的源极与电源线VSS相接，同时，MOSFET207的源极连接到接受从升压电路43结点c来的VDX（＝2VDD或VDD），而MOSFET206和207的漏极连接到区段端口208上。

公共信号E被送到“或非”门209，控制信号B通过反相器203也送到“或非”门209，该“或非”门209的输出通过同相型电位移位器210和反相器211送到N沟道MOSFET212和p沟道MOSFET213的栅极，同时还通过一个反相器214送到P沟道MOSFET215和N沟道MOSFET216，该MOSFET212和215的各自一端相接后与电源线VDD连接，而它们各自的另一端则都接到公共端口217上，MOSFET216的漏极和MOSFET213的漏极共同连接到公共端口217上。反相信号F输送到“或非”门218，控制信号B通过反相器203也送到“或非”门218，此“或非”门218的输出通过同相型电位移位器219和反相器220而送到N沟道MOSFET221和p沟道MOSFET222的栅极，此MOSFET221的源极则连接到从升压电路43来的电源线VDX上，MOSFET221的漏极连接到MOSFET216的源极，MOSFET222的源极则连接到电源线VSS＝0上，MOSFET222的漏极连接到MOSFET213的源极，同相型电位移位器具有与前面参照图3所叙述的相同功能，即假定他们产生的信号具有VSS＝0或2VDD的电平。液晶显示器45的各液晶显示段45S（图中仅示出其中之一）分别跨接在区段端口208和公共端口217上。

图6表明图5所示激励电路的操作，并假设其为负逻辑，控制信号B在显示期间为“1”态，而在算术运算时为“0”态，反相信号F和公共信号E假定为周期的作“0”和“1”的变化，还假定显示数据D是根据相对应的区段应该“通”或“断”来作“0”和“1”的变换。在图6中所示的显示数据的信号是按区段为“通”的状态设定的，区段为“断”的信号则与所示相反，显示数据D、公共信号E、反相信号F分别与“或非”门202、209和218的控制信号B进行逻辑结合。

现讲区段端口208和公共端口217在显示期间的电位，区段端口208的电位假定是周期地作VSS＝0和2VDD的变换，与此同时进行的在公共端口217上的电位则假定是周期地作VSS、VDD和2VDD的变换。结果，在区段端口208和公共端口217之间的电位差即周期地变成｜2VDD-VSS｜＝｜2VDD｜，而LCD器件上相对应的区段即由此而点亮。

在另一方面，在算术运算期间“或非”门202、209和218的输出变为“0”，这是因为控制信号B处于“0”位，所以区段端口208和公共端口217保持在电位VSS，而LCD器件在此算术运算期间始终不被激励。

在上述实施例中，升压电路和激励电路两者在算术运算期间全被中断操作，但是也可以交替地只中断其中之一。升压电路操作中断不可避免地会导致显示器件被中断激励，所以如附属权项中所引述的“造成显示器件的激励中断”应当理解成包括造成升压电路的操作中断以及造成激励电路操作的中断两方面。

在上述的实施例中，设置了独立的控制信号A和B，但是，这两个信号A和B也可用一个单一信号来代替。

如前所述，根据本发明，升压电路和/或激励电路的操作在算术运算期间被中断，故在此期间电源消耗减少，并且在显示期间和算术运算期间电源消耗的差值减少，其结果，加到算术运算电路的电压在这两个期间中的差别减少，故在算术运算期间由于避免了电压降低而减少了误差，甚至所需的太阳能电池的大小也因而降低。

Claims

1、一个为操作算术运算和显示的集成电路连接到电源(46)和一个液晶显示器(45)，并由该电源供电，所述的集成电路包括有一个算术运算电路，为执行指定的算术运算用，其中算术运算的结果由该显示器来显示，所述的集成电路的特征为包括：

一个升压电路(43)，接受和提升从上述电源(46)来的电压；

一个激励电路(44)，由所述的升压电路(43)供电并去激励所述的液晶显示器(45)；以及

一个控制电路(41)，用于在算术运算电路(42)进行算术运算时中断显示器的激励。

2、如权利要求1的电路，其中所述的控制电路产生一个控制信号，它在算术运算电路执行算术运算时去中断激励电路对显示器的激励和/或中断升压电路的升压操作。

3、如权利要求1的电路，其中所述的升压电路包括：

第一电容器（114），用于跨接在第一端（a）和第二端（b）间充电;

第二电容器（116），用于跨接在第三端（c）和第四端（d）间充电，用其所述的第四端与第一电源线（VSS）相接;

第一和第二MOSFET（110，112）分别将第一端（a）接到第一电源线（VSS）和将第二端（b）接到第二电源线（VDD），该第一和第二MOSFET组成第一组MOSFET;

第三和第四MOSFET（111，113）分别将第一端（a）接到第二电源线（VDD）和第二端（b）接到第三端（c），该第三和第四MOSFET组成第二组MOSFET;以及

第五MOSFET115连接第三端C与第二电源线VDD;以及

所述的控制电路在算术运算电路不进行算术运算时操作第五MOSFET到截止状态，和操作所述的第一组MOSFET和第二组MOSFET交替地“导通”与“截止”以便提升在第三端上的电压;该控制电路还在算术运算电路进行算术运算时操作第五MOSFET导通，以中断升压操作。

4、如权利要求3的电路，其中所述的控制电路当算术运算电路进行算术运算时操作第一组MOSFET导通和第二组MOSFET截止。

5、如权利要求3的电路，其中所述的液晶显示器（45）包括有许多液晶显示段（45S）和用于各个液晶显示段的区段端口（208）以及一个公共端口（217），还有，所述的控制电路在算术运算电路未进行算术运算时操作各区段端口上的电位，使连接在各区段端口和该公共端口之间的各液晶显示段作周期性通和断的变化;该控制电路还在算术运算电路进行算术运算时操作公共端口和各区段端口上的电位保持在予定的互相相等的数值。

6、如权利要求1的电路，其中所述的液晶显示器（45）包括许多液晶显示段（45S）和各液晶显示段用的区段端口（208）以及一个公共端口（217），还有，所述的控制电路在算术运算电路不进行算术运算时操作所述的各区段端口的电位，使连接在各区段端口和该公共端口之间的各液晶显示段作周期性通和断的变化;该控制电路还在算术运算电路进行算术运算时，操作该公共端口和各区段端口上的电位保持在予定的互相相等的数值。