DE2158127A1

DE2158127A1 - Teilerschaltung

Info

Publication number: DE2158127A1
Application number: DE19712158127
Authority: DE
Inventors: Michael John Bishops Cleeve Cheltenham Gloucestershire Rogers (Großbritannien)
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-05-31
Also published as: JPS5135341B1; CH613084B; GB1373626A; DE2158127B2; CH613084GA3; US3749937A; IT945170B; FR2116073A5

Description

Dipl.-Ing.

Rolf Churner Augsburg, den 23. November 1971

Patentanwälte Augsburg 31 ■ Rehlingenetraße β

Poitfad» 242 Fositdiedckonto: München Nr. 74539 5881/I2/Ch/sr

SMITHS INDUSTRIES LIMITED CRICKLEWOOD WORKS

LONDON, N. W. GROSS-BRITANNIEN

Teilerschaltun«

Die Erfindung betrifft eine Teilerschaltung zum Teilen eines sich verändernden Eingangssignals um den Faktor N, wobei N eine ungerade Zahl größer als 1 ist.

Frequenzteilerschaltungen werden auf vielen Gebieten der Technik benötigt. Ein Anwendungsgebiet von Frequenzteilerschaltungen besteht bei batteriebetriebenen Uhren.

Üblicherweise bestehen^die bei elektrischen Uhren verwendeten Frequenzteilerschaltungen aus bistabilen Schaltkreisen. Bei dieser Form des Teilers weist das Ausgangssignal eine Frequenz von der Hälfte des Eingangssignals auf, so daß das Eingangssignal um den Faktor geteilt wird.

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Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungen besteht darin, daß die bistabilen Schaltkreise kontinuierlich einen relativ hohen Stromverbrauch aufweisen, so daß die Batterie bald verbraucht ist. Ein weiterer Nachteil tritt bei der Verwendung dieser bekannten Teilerschaltungen auf, wenn ein hochfrequenter Oszillator als Signalquelle verwendet wird. In diesem Fall ist eine Kette bistabiler Schaltkreise, erforderlich, die, falls die Eingangsfrequenz IMHz und die Ausgangsfrequenz 1 Hz beträgt,20 einzelnen bistabile Schaltkreise aufweist. Diese Nachteile sollen vermieden werden. Bei einer Teilerschaltung der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, daß die Teilerschaltung N miteinander verbundene Stufen aufweist, von denen jede ein Ausgangssignal abgibt, dessen Wert einem von zwei bestimmten Spannungspotentialen entspricht, wobei jede Stufe einen Schaltkreis zum Umschalten des Ausgangssignals der Stufe umfaßt, der das Ausgangssignal auf das eine Ausgangspotential schaltet,wenn die Eingangsspannungen der Stufe alle ein bestimmtes erste Potential aufweisen und auf das andere Ausgangspotential schaltet, wenn die Eingangsspannungen der Stufe alle ein bestimmtes zweites Potential aufweisen, wobei die beiden Eingangsspannungen jeder Stufe jeweils vom Eingangssignal der Teilerschaltung und vom Ausgangssignal einer anderen Stufe gebildet werden.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Teilerschaltung gegenüber den bekannten Teilerschaltungen besteht darin, daß jede Stufe des Teilers nur Strom zieht, wenn sich ihr Ausgangspotential ändert. Auf diese Weise ist der Stromverbrauch des erfindungsgemäßen Teilers wesentlich geringer und es fließt kein konti-

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nuierlicher Strom.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Teilungsfaktor größer als 2 ist. Der Stromverbrauch des Teilers ist proportional dem Produkt CVF, wobei C die Kapazität des Teilers darstellt, die während jedes Zyklusesdes Eingangssignals aufgeladen und entladen wird, V die Arbeitsspannung und F die Frequenz des Eingangssignals bedeutet. Vor eine

Kette gleicher Teiler entsteht somit ein Gesamtstrom- ™

verbrauch von der Größe CV (F+F/N+F/N.N.+F/N.N.N....) Dieser Stromverbrauch ist gleich CVFN/(N-l), wobei N der Faktor ist, um welchen das Eingangssignal geteilt wird. Bei einer Kette von bistabilen Teilern mit einem Teilungsverhaltnis von drei beträgt der Stromverbrauch 2CVF, während bei dem Teiler gemäß der vorliegenden Erfindung beim gleichen Teilungsverhaltnis der Stromverbrauch nur 1,5CVF beträgt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Teilerschaltungen besteht darin, daß für die verschiedenen

bistabilen Stufen zusätzliche Schaltungsmittel vor- ä

gesehen werden müssen, um ein einwandfreies Arbeiten sicherzustellen. Durch diese zusätzlichen Schaltungsbauteile steigt der Stromverbrauch auf 7 oder 8 CVF an.

Hieraus ist ersichtlich, daß allein schon durch die Veränderung des Teilungsverhältnisses jedes Teilers von zwei auf drei der theoretische Stromverbrauch um den Faktor 25 % vermindert werden kann, wobei eine weitere Verminderung des Stromverbrauches sich durch den einfachen Aufbau der Teilerschaltung ergibt. Eine noch größere Verminderung des Stromverbrauches ergibt sich, wenn Teilerschaltungen verwendet werden, die -

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einen noch größeren Teilungsfaktor haben*

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Teilerschaltung mit einem Teilungsverhältnis von drei näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltbild dieser Teilerschaltung.

Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf bei der Schaltung nach Fig. 1.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die Schaltung aus zwölf Metalloxydhalbleitertransistoren 10 bis 21, gebildet aus einem einzigen Kristallplättchen. Sechs der Translatoren, nämlich die Transistoren 10 bis 15 haben eine p-Leitfähigkeit, während die Transistoren l6 bis 21 eine η-Leitfähigkeit aufweisen. Die Schaltung umfaßt drei getrennte Stufen A, B_f C mit jeweils vier Transistoren, nämlich den Transistoren 10, 11, 16 und 17» den Transistoren 12, 13, l8 und 19 und den vier Transistoren l4, 15, 20 und 21. Die von den Stufen herrührenden Kapazitäten sind durch Kondensatoren 22 dargestellt.

Das Eingangssignal für den Teiler liegt am Eingangsanschluß 23 an, wobei das Eingangssignal als erste Eingangsspannung an jeder Stufe anliegt. Diese Eingangsspannung liegt in der Stufe A an den Steuerelektroden der Transistoren 10 und 17« in der Stufe B an den Steuerelektroden der Transistoren 12 und 19 und in der Stufe C an den Steuerelektroden der Transietoren Ik und 21 an. Die drei Stufen A, B und C erzeugen Ausgangsspannungssignale, welche bei A_Q, B„ und C„

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auftreten und welche als zweite Eingangsspannungen für die Stufen B, C und A dienen. Das Ausgangssignal der Stufe A bei A₀ liegt an den Steuerelektroden der Transistoren 13 und l8 der Stufe B, das Ausgangssignal der Stufe B bei B_Q liegt an den Steuerelektroden der Transistoren 15 und 2O der Stufe C und das Ausgangssignal der letzten Stufe bei C₀ liegt über die Verbindungsleitung 24 an den Steuerelektroden der Transistoren 11 und l6 der ersten Stufe A. Der Ausgang der gesamten Teilerschaltung wird im dargestellten Fall durch C_ gebildet, jedoch ist es auch möglich, daß der Ausgang bei A₀ oder B_Q abgegriffen wird.

Der Verlauf der Spannung bei A_Q , B_Q und C_Q ist gezeigt in Fig. 2 und stellt sich dar als regelmäßige, wiederkehrende Spannungsimpulsfolge I. Die Arbeitsweise der Teilerschaltung wird nachfolgend an Hand der Fig. 1 und 2 und der folgende Tabelle näher erläutert.

Die Spannungen, welche am Eingang 23 und bei Aq, B₀ und C₀ in aufeinanderfolgenden stabilen Zuständen 1 bis 6 auftreten, sind .in der Tabelle mit V oder 0 bezeichnet entsprechend einer vorhandenen positiven Spannung oder einer Spannung 0.

Zustand	Eingang 23	^Ao	^Bo	C
1	0	V	0	V
2	V	0	0	V
3	0	O	V	V
4	V	0	V	0
5	0	V	V	0
6	V	V	O	0

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Bei der nachfolgenden Beschreibung wird der Zustand 1 als Ausgangszustand bezeichnet, den der Teiler einnimmt, wenn er an die Spannungszuleitung 25 angeschlossen wird. Die möglichen Zustände 1 bis 6 werden vom Teiler angenommen innerhalb eines kompletten Arbeitszykluses, wobei bei der Betrachtung der Arbeitsweise natürlich auch ein anderer Zustand als Ausgangszustand angenommen werden kann. Wird die Schaltung lediglich am Anschluß 25 angelegt, ohne daß ein Eingangssignal vorliegt, dann ist die Teilerschaltung unstabil und nimmt keine der 6 Zustände an, wie sie in der Tabelle gezeigt sind, also beispielsweise einen Zustand, wobei eine Spannung V jeweils bei A_Qt B_Q und C₀ auftritt.

Der in der Tabelle gezeigte Ausgangszustand ist der Augenblick T„ in Fig. 2. Das Eingangssignal am Eingang 23 weist ein O-Potential auf oder liegt nahe beim O-Potential, ebenso wie B_Q. Beide Punkte A_Q und C_ haben ein positives Potential oder etwas weniger als das Speisepotential V. In diesem Zustand sind die Transistoren 10, 12, l4, 15, l6 und 20 in Einschaltrichtung vorgespannt, während die anderen sechs Transistoren gesperrt sind. Die Potentiale bei Α», B_q und C_Q werden durch die Wirkung der Kapazitäten 22 auf den Werten gehalten, wie sie in der Tabelle gezeigt sind. Die Anstiegsflanke des nächsten positiven Impulses des Eingangssignals zum Zeitpunkt T in Fig. 2 bewirkt ein Sperren der Transistoren 10, 12 und Ik und ein Öffnen der Transistoren 17, 19 und 21. Auf diese Weise werden die Transietoren l6,und 17 in Einschaltrichtung zusammen beaufschlagt nach einem Zeitintervall dP, die eine

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Funktion der Ladezeit der Kapazität 22 darstellt. Das Potential bei A_Q fällt ab. Die Potentialänderung bei A bewirkt ein Vorspannen der Transistoren 13 und l8 in Ein- und Ausschaltrichtung, jedoch steigt

bei
das Potential/B_Q nicht an,solange die Transistoren 12 und 19 nicht entsprechend in Aus- und Einschaltrichtung vorgespannt sind.

Wenn das Potential des Eingangssignals auf

0 abfällt, d.h., zum Zeitpunkt T₀ in Fig. 2, dann ^

werden die Transistoren 10, 12 und 1"4 eingeschaltet und die Transistoren 17» 19 und 21 ausgeschaltet. Damit sind beide Transistoren 12 und I3 nach einem Zeitintervall dT eingeschaltet und das Potential bei B_Q wird ansteigen auf den Wert des Speisespannungspotential V. Der Anstieg des Potentials an den Steuerelektroden der Transistoren I5 und 20 bewirkt ein Vorspannen in dem Schaltzustand aus und ein, jedoch sinkt das Potential bei C_Q nicht ab, da der Transistor 21 noch in Ausschaltrichtung vorgespannt ist. Der nächste positive Impuls, beginnend bei T- spannt die Transistoren 10, 12 und lk in Ausschaltrichtung und die Tran- ä sistoren 17_t *9 und 21 in Einschaltrichtung vor. Die Transistoren 20 und 21 sind nach einer Zeitdauer dT in Einschaltrichtung vorgespannt, so daß das Potential bei Cq auf 0 zurückgeht. Dieser Potentialabfall bewirkt ein Vorspannen der Transistoren 11 und l6 in den Ein- und Ausschaltzustand. Am Ende des positiven Eingangsimpulses zum Zeitpunkt T. in Fig. werden die Transistoren 10 und 11 in Einschaltrichtung beaufschlagt und das Potential bei A_ steigt auf das Speisespannungspotential an. Die Transistoren 13 und l8 sind nunmehr aus- bzw. eingeschaltet und die nächste positive Anstiegsflanke bei T_ in Fig. 2 ver-

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anlaßt, daß das Potential bei B_Q auf 0 absinkt. Dieser Potentialabfall schaltet die Transistoren 15 und 20 in den Ein- bzw. Ausschaltzustand und der Betriebszustand der Endstufe C ist derart, daß das Ausgangspotential bei C_Q auf den positiven Wert am Ende diesesEingangsimpulses zum Zeitpunkt T,-in Fig. 2 ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Teiler einen kompletten Arbeitzyklus durchlaufen und die Ausgangssignale bei A„, B_Q und C_Q bestanden aus jeweils einem kompletten Impuls.

Das Ausgangssignal des Teilers.bei C~ weist eine Frequenz von einem Drittel des Impulssignals am Eingang 23 auf.

Es sei darauf hingewiesen, daß jede Stufe bezüglich ihres Ausgangssignals auf ein Potential umschaltet, welches abhängig ist von der Größe des anliegenden Signals. Im gewählten Beispiel hat jede Stufe A, B und C ein Ausgangssignal geringen Potentials, wenn das Potential bei C„, A„ oder B_Q hoch ist und demgemäß das Eingangssignal eine entsprechende Höhe aufweist. Die Ausgangssignale jeder Stufe können daher betrachtet werden als logische Komplementärwerte der Addition der an der Stufe anliegenden Eingangssignale. Wenn die Eingänge der Stufen einen niederen Wert aufweisen, dann sind die erzeugten Ausgangssignale logische additive Umkehrwerte, d.h. , die Ausgangssignale sind hoch. Es sei vermerkt, daß das von jeder Stufe erzeugte Ausgangssignal seinen Spannungswert nur dann ändert, wenn die Eingänge dieser Stufe gleichzeitig an hohem oder gleichzeitig an niederem Potential liegen. Die Teilerschaltung, die diese logischen Funktionen ausführt, kann

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natürlich auch anders aufgebaut sein, als dies dargestellt ist. Ein günstiger Schaltungsaufbau ergibt sich mit Feldeffekttransistoren aus Metalloxydhalbleitern.

Unter Vervrendung der zuvor beschriebenen Schaltungsmerkmale können auch Teilerschaltungen aufgebaut werden mit einem Teilungsverhältnis von 5» 7 und 9 unter Verwendung weiterer Stufen. Für ein Tellerverhältnis von 9 und größer bleibt die Art der Teilung die gleiche. Die Größe des Teilungsverhältnises ist lediglich begrenzt durch den höheren Verbrauch zum Betrieb zusätzlicher Stufen.

ANSPRUCHE - 10 -

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Claims

Rudolf Busselmeier

Dipl.-Ing.

Rolf Cherrier - 10 - Augsburg, den 23.November

Patentanwälte W Augeburg 31 · RehlingtnttraS· β

Postfach 242 FoiHcheckkonto: München Nr. 7*5»

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ANSPRÜCHE

1· Teilerschaltung zum Teilen eines sich verändernden Eingangssignals um den Paktor N, wobei N eine ungerade Zahl größer als 1 ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilerschaltung N miteinander verbundene Stufen aufweist, von denen jede ein Ausgangssignal abgibt, dessen Wert einem von zwei bestimmten Spannungspotentialen entspricht, wobei jede Stufe einen Schaltkreis zum Umschalten des Ausgangssignals der Stufe umfaßt, der das Ausgangssignal auf das eine Ausgangspotential schaltet, wenn die Eingangsspannungen der Stufe alle ein bestimmtes erstes Potential aufweisen und auf das andere Ausgangsspotential schaltet, wenn die Eingangsspannungen der Stufe alle ein bestimmtes zweites Potential aufweisen, und wobei die beiden Eingangsspannungen jeder Stufe jeweils vom Eingangssignal der Teilerschaltung und vom Ausgangssignal einer anderen Stufe gebildet werden.
2. Teilerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Schaltkreis sein Ausgangsspannungssignal nur dann ändert, wenn die Eingangsspannungen das gleiche Potential aufweisen.
3· Teilersehaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Schaltkreis sein Ausgangsspannungssignal nur dann ändert, wenn

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die Eingangsspannungen das bestimmte erste oder zweite Potential aufweisen.
4. Teilerschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennze i c h n e t , daß der Schaltkreis zwei Schaltteile mit komplementären Transistoren aufweist und jeder Teil zwei Transistoren enthält, die jeweils von einer Eingangsspannung der beiden Eingänge gesteuert werden.
5» Teilerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennze i chnet , daß jede Stufe durch ein Transistorelement aus einem Metalloxydhalbleiter besteht.
6. Teilerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gek en nzeichnet, daß jeder Schaltkreis zwei logische Gatter aufweist, von denen jedes auf die beiden Eingangsspannungen anspricht und das Ausgangssignal auf eine Spannung umschaltet, die dem Reziprokwert der logischen Addition der Eingangsspannungen entspricht und daß Mittel vorgesehen sind, die das Ausgangssignal auf dem Wert halten, auf dem es von einem der Gatter gebracht wurde, bis es umgeschaltet wird durch ein Ansprechen des anderen Gatters*

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