DE2158127B2

DE2158127B2 - Teilerschaltung

Info

Publication number: DE2158127B2
Application number: DE2158127A
Authority: DE
Inventors: Michael John Bishop's 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: 1979-04-19
Also published as: IT945170B; JPS5135341B1; DE2158127A1; US3749937A; CH613084GA3; FR2116073A5; CH613084B; GB1373626A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Teilerschaltung in Form eines Ringzählers zum Teilen eines sich verändernden Eingangssignals, bei der der Ausgang der letzten mi Teilerstufe mit einem Eingang der ersten Teilerstufe verbunden ist und bei den dazwischenliegenden Teilerstufen die jeweilige Ausgangsspannung einem F.ingang der jeweils nächsten Teilerstufe zugeführt wird.

Frequenzteilersehaltungen werden auf vielen Gcbie- h> ich der Technik benötigt. Kin Anwendungsgebiet von Frequen/teilerschallungen besteht bei batteriebetriebenen I Ihren.

Üblicherweise bestehen die bei elektrischen Uhren verwendeten Frequenzteilerschaltungen aus bistabilen Schaltkreisen. Bei dieser Form der Teilerschaltung weist das Ausgangssignal jeder Stufe eine Frequenz von der Hälfte der Frequenz des Eingangssignals auf, so daß das Eingangssignal um den Faktor 2 geteilt wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungen bestehe 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 1 MHz und die Ausgangsfrequenz 1 Hz beträgt, 20 einzelne bistabile Schaltkreise aufweist.

Aus der CH-PS 5 01 266 ist eine Teilerschaltung in Form eines Ringzähler··; bekannt bei welcher eine Halbwellen- oder Rechteckspannung geteilt wird, bei der der Ausgang der letzten Teilerstufe einem Eingang der ersten Teilerstufe zugeführt wird und bei der die dazwischenliegenden Teilerstufen hintereinander geschaltet sind. Die zu teilende Halbwellen- oder Rechteckspannung ist hierbei jedoch gleichzeitig die Speisespannung für die Teilerschaltung, so daß sie für Gleichspannungsbetrieb, wie er zum Beispiel bei Uhren üblich ist, ungeeignet ist. Nachteilig ist weiterhin, daß diese Teilerschaltung eine Startimpulsschaltung benötigt und der Ausgangsimpuls nur sehr kurzzeitig auftritt, so daß für ein günstiges Impuls-Pausenverhältnis eine Impulsformerschaltung erforderlich wird. Zudem sind die Bauteile infolge der Verwendung von Kondensatoren nicht voll integrierbar.

Es besteht die Aufgabe, eine Teilerschaltung in Form eines Ringzählers so auszubilden, daß ihr Energieverbrauch möglichst gering ist und die Bauteile voll integrierbar sind.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Teilerschaltung gegenüber den bekannten Teilerschaltungen besteht darin, daß jede Teilerstufe nur Strom zieht, wenn sich ihr Alisgangspotential ändert. Auf diese Weise ist der Stromverbrauch sehr gering und es fließt kein kontinuierlicher Strom.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Teilungsfaktor größer als 2 sein kann. Der Stromverbrauch des Teilers ist proportional dem Produkt CVF, wobei Cdie Kapazität des Teilers darstellt, die während jedes Zyklusses des Eingangssignals aufgeladen und entladen wird, V die Arbeitsspannung und F die Frequenz des F.ingangssignals bedeutet. Vor einer Kette gleicher Teiler entsteht somit ein Gcsamtstromverbrauch von der Größe CV (+ F/N + F/N ■ N ■ + F/N -NN..). Dieser Stromverbrauch ist gleich CVFNZ(N — 1), wobei Nder F'aktor ist, um welchen das Eingangssignal geteilt wird. Bei einer Kette von bistabilen Tcilerstufen dagegen mit einem Teiliingsverhällnis von drei beträgt der Stromverbrauch 2 CVI', während bei der Teilerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung beim gleichen Teilungsverhaltnis der Stromverbrauch nur l,5CVFbeträgt.

Von weitcrem Vorteil ist das sich am Ausgang ergebende Impuls-Pausenvcrhältnis von 1 : 1.

Aus obigem ist ersichtlich, daß allein schon durch eine Veränderung des Teilungsverhiiltnisses jede Teilerslufe von zwei auf drei der theoretische Stromverbrauch um den Faktor 25% vermindert werden kann, wobei eine weitere Verminderung des Stromverbrauchs sich durch den einfachen Aufbau der Teilerschaltung ergibt. Eine

noch größere Verminderung des Stromverbrauches ergibt sich, wenn Teilerschaltungen verwendet werden, die einen noch größeren Teilungsfaktor haben.

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

Die F i g. 1 zeigt ein Schaltbild dieser Teilerschaltung.

F i g. 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 Transistoren, nämlich die Transistoren 10 bis

15 haben eine p-Leitfäbigkeit, während die Transistoren

16 bis 21 eine η-Leitfähigkeit aufweisen. Die Schaltung umfaßt drei getrennte Stufen A, B, C mit jeweils vier Transistoren, nämlich den Transistoren 10,11,16 und 17, den Transistoren 12, 13, 18 und 19 und den vier Transistoren 14, 15, 20 und 21. Die von den Stufen herrührenden Kapazitäten sind durch Kondensatoren 22 dargestellt.

Das Eingangssignal für den Teiler liegt am Eingangsanschluß 21 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 Siufe B an den Steuerelektroden der Transistoren 12 und 19 und in der Stufe Can den Steuerelektroden der Transistoren 14 und 21 an. Die drei Stufen A, B und C erzeugen Ausgangsspannungssignale, welche bei A_a, B₀ und G> auftreten und welche als zweiler Eingangsspannungen für die Stufen B, C und A dienen. Das Ausgangssignal der Stufe A bei A₀ liegt an den Steuerelektroden der Transistoren 13 und 18 der Stufe B, das Ausgangssignal der Stufe B bei B₀ liegt an den Steuerelektroden der Transistoren 15 und 20 der Stufe C und das Ausgangssignal der letzten Stufe bei G, liegt über die Verbindungsleitung 24 an den Steuerelektroden der Transistoren 11 und 16 der ersten Stufe A. Der Ausgang der gesamten Teilerschaltung wird im dargestellten Fall durch G> gebildet, jedoch ist es auch möglich, daß der Ausgang bei A_n oder Ba abgegriffen wird.

Der Verlauf der Spannung bei A_[h &> und C₀ ist gezeigt in F i g. 2 und stellt sich dar als regelmäßige, wiederkehrende Spannungsimpulsfolge 1. Die Arbeitsweise der Teilerschaltung wird nachfolgend an Hand der Fig. I und 2 und der folgenden Tabelle näher erläutert.

Die Spannungen, welche am Eingang 23 und bei A₀, B₀ und Q) in aufeinanderfolgenden stabilen Zuständen 1 bis 6 auftreten, sind in der Tabelle mit Voder O bezeichnet entsprechend einer vorhandenen positiven Spannung oder einer Spannung 0.

Zustand	Eingang 23	Ao	Bo	Co
1	0	V	0	V
2	V	0	0	V
3	0	0	V	V
4	V	0	V	0
5	0	V	V	0
6	V	V	0	0

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird der Zustand I als Aiisgangs/iistsnd bezeichnet, den der Teiler einnimmt, wenn er an die Spp.nnungszuleitung 25 angeschlossen wird. Die möglichen Zustände 1 bis 6 werden vom Teiler angenommen innerhalb eines kompletten Arbeitszyklusses, wobei bei der Betrachlung der Arbeitsweise natürlich auch ein anderer Zusta.id als Ausgangszustand angenommen werden kann. Wird die Schaltung lediglich am Anschluß 25 angelegt, ohne daß ein Eingangssignal vorliegt, dann ist die Teiierschaltung unstabil und nimm.· keine der 6

ίο Zustände an, wie sie in der Tabelle gezeigt sind, also beispielsweise einen Zustand, wobei eine Spannung V jeweils bei Ao, B₀ und G auftritt.

Der in der Tabelle gezeigte Ausgangszustand ist der Augenblick 7i in F i g. 2. Das Eingangssignal am Eingang

ti 23 weist ein O-Potential auf oder liegt nahe beim O-Potential, ebenso wie Sb- Beide Punkte Ao und G> haben ein positives Potential oder etwas weniger als das Speisepotential V. In diesem Zustand sind die Transistoren 10, 12, 14, 15, 16 und 18 in Einschaltrichtung vorgespannt, während die anderen sechs Transistoren gesperrt sind. Die Potentiale bei Ao, Bo und G> 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 Γι in F i g. 2 bewirkt ein Sperren der Transistoren 10, 12 und 14 und ein Öffnen der Transistoren 17,19 und 21. Auf diese Weise werden die Transistoren 16 und 17 in Einschaltrichtung zusammen beaufschlagt nach einem Zeitintervall dT, die

«ι eine Funktion der Ladezeit der Kapazität 22 darstellt. Das Potential bei A₀ fällt ab. Die Potentialänderung bei A₀ bewirkt ein Vorspannen der Transistoren 13 und 18 in Ein- und Ausschaltrichtung, jedoch steigt das Potential bei ßb nicht an, solange die Transistoren 12 und

ii 19 nicht entsprechend in Aus- und Einschaltrichtung vorgespannt sind.

Wenn das Potential des Eingangssignals auf 0 abfällt, d. h. zum Zeitpunkt Ti in Fi g. 2, dann werden die Transistoren 10, 12 und 14 eingeschaltet und die Transistoren 17, 19 und 21 ausgeschaltet. Damit sind beide Transistoren 12 und 13 nach einem Zeitintervall c/reingeschallet und das Potential bei ßb wird ansteigen auf den Wert des Speisespannungspotential V. Der Anstieg des Potentials an den Steuerelektroden der

4"> Transistoren 15 und 20 bewirkt ein Vorspannen in dem Schaltzustand aus und ein, jedoch sinkt das Potential bei G) nicht ab, da der Transistor 21 noch in Ausschaltrichtung vorgespannt ist. Der nächste positive Impuls, beginnend bei Tj spannt die Transistoren 10, 12 und 14

ίο in Ausschaltrichtung und die Transistoren 17, 19 und 21 in Einschaltrichtung vor. Die Transistoren 20 und 21 sind nach einer Zeitdauer dT in Einschaltrichtung vorgespannt, so daß das Potential bei G> auf 0 zurückgeht. Dieser Potentialabfall bewirkt ein Vorspannen der

» Transistoren Hl und 16 in den Ein- und Ausschaltzustand. Am Ende des positiven Eingangsimpulses zum Zeitpunkt T₄ in Fig. 2 werden die Transistoren 10 und 11 in Einschaltrichtung beaufschlagt und das Potential bei Ao steigt auf das Speisespannungspotential an. Die

Wi Transistoren 13 und 18 sind nunmehr aus- bzw. eingeschaltet und die nächste positive Anstiegsflanke bei Ti in F i g. 2 veranlaßt, daß das Potential bei ßb auf 0 absinkt. Dieser Potentialabfall schaltet die Transistoren 15 ui.J 20 in den Ein- bzw. Ausschaltzustand und der

h^r) Betriebszustand der Endstufe C ist derart, daß das Ausgangspotential bei Gi auf den positiven Wert am Ende dieses Eingangsimpulses zum Zeitpunkt T_b in Fig. 2 ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Teiler

einen kompletten Arbeitszyklus durchlaufen und die Ausgangssignale bei Aa. Sb und Ca bestanden aus jeweils einem kompletten Impuls.

Das Ausgangssignal des Teilers bei Co 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 Beispie! hat jede Stufe A, Bund C ι ο ein Ausgangssignal geringen Potentials, wenn das Potential bei Co, Aa oder ßb hoch ist und demgemäß das Eingangssignal eine entsprechende Höhe aufweist. Die Ausgangssignale jeder Stufe können daher betrachtet werden als logische Komplementärwerte der Addition ιί 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 sini hoch. Es sei vermerkt, daß das von jeder Stufe erzeugti Ausgangssignal seinen Spannungswert nur dann änderl wenn die Eingänge dieser Stufe gleichzeitig an hohen oder gleichzeitig an niederem Potential liegen. Di< Teilerschaltung, die diese logischen Funktionen aus führt, kann natürlich auch anders aufgebaut sein, als die: dargestellt ist. Ein günstiger Schaltungsaufbau ergib sich mit Feldeffekttransistoren aus Metalloxydhaiblei tern.

Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Schal tungsmerkmale können auch Teilerschaltungen aufge baut werden mit einem Teilungsverhältnis von 5, 7 und ί unter Verwendung weiterer Stufen. Für ein Teilerver hältnis von 9 und größer bleibt die Art der Teilung di( cripir^hf Di*¹ Größe des Tei!un^crsverhä!tnis^ces äs lediglich begrenzt durch den höheren Verbrauch zun Betrieb zusätzlicher Stufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Teilerschaltung in Form eines Ringzählers zum Teilen eines sich verändernden Eingangssignals, bei der der Ausgang der letzten Teilerstufe mit einem Eingang der ersten Teilerstufe verbunden ist und bei den dazwischenliegenden Teilerstufen die jeweilige Ausgangsspannung einem Eingang der jeweils nächsten Teilerstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dazwischenliegenden Teilerstufen (B) aus jeweils vier in Serie zwischen zwei Speiseleitungen (25) geschalteten Transistoren (12, 13, 18, 19) bestehen und diese Serienschaltung einen Mittelabgriff (Bo) für die Ausgangsspannung der Teilerstufe (B) aufweist, wobei die Transistoren (12, 13) an einer Seite des Mittelabgriffs (Bo) einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der entgegengesetzt zu demjenigen der Transistoren (18, 19) auf der anderen Seite des Mitteiabgriffs (Bo) ist und daß die Steuerelektroden zweier Transistoren (13, 18) unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps mit dem Mittelabgriff (Ao) der vorhergehenden Teilerstufe (A) verbunden sind und an den Steuerelektroden der anderen Transistoren (12,19) das Eingangssignal anliegt und das Potential der Ausgangsspannung am Mittelabgriff (Bo) wechselt, wenn die Transistoren (12, 13 bzw. 18, 19) an einer Seite des Mittelabgriffs (Bo) die Verbindung zur zugehörigen Speiseleitung (25) herstellen.

2. Teilerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der letzten Teilerstufe (C) gebildet wird durch den Mittelabgriff (Gi) von in Serie zwischen den Speisespannungsleitungen (25) geschalteten Transistoren (14, 15,20,21), dieser Mittelabgriff (Co) mit den Steuerelektroden der beiden Transistoren (11, 16) der ersten Teilerstufe (A) verbunden ist, die beidseits des Mittelabgriffs (Ao) dieser Teilerstufe (A) geschaltet sind, die ebenfalls von in Serie zwischen den Speisespannungsleitungen (25) geschalteten Transistoren (10, 11, 16, 17) besteht und jeweils die Transistoren (10, 11, 14, 15) an einer Seite des Mittelabriffs (Ao, Co) einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der entgegengesetzt zu demjenigen der Transistoren (16,17,20,21) an der anderen Seite ist.

3. Teilerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steuerelektroden der nicht den jeweiligen Mittelabtriff (A₀, C₀) bildenden Transistoren (10, 17, 14, 21) der ersten und letzten Teilerstufe (A, Qdas Eingangssignal anliegt.

4. Teilerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (10 bis 21) Feldeffekttransistoren sind.

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